Исследователи Сколтеха и их коллеги из Китая и России обнаружили, что воды и почвы Тибетского нагорья кишат бактериями, вырабатывающими антибиотики. Хотя ни одно из антимикробных соединений, выявленных командой, не является новым для науки, полученные результаты вселяют определенную надежду на фоне вспышки бактериальной резистентности, вызванной безответственным употреблением наркотиков.
Дальнейшие исследования отдаленных и труднодоступных мест обитания в Тибете и других местах могут в конечном итоге открыть новые антибиотики. Выводы группы изложены в журнале Frontiers in Microbiology and Microorganisms.
Каждый раз, когда кто-то принимает антибиотики, микробы получают представление о самом секретном оружии человечества против бактериальных инфекций. Немногие выжившие бактерии передают своим потомкам защитные механизмы, которые у них есть. Это не имело бы такого большого значения, если бы люди использовали антибиотики только по рецепту, но в нынешнем виде многие из наших самых мощных противомикробных препаратов больше не являются такими уж секретными: бактерии становятся к ним устойчивыми.
Биомедицинское сообщество реагирует на устойчивость бактерий, пропагандируя ответственное использование лекарств и поиск новых лекарств.
«Существует два основных подхода к открытию антибиотиков», — говорит доцент Дмитрий Лукьянов из Сколтеха Био, соавтор обоих исследований. «Одна вещь, которую вы можете сделать, — это просмотреть химические библиотеки — обширные базы данных, содержащие сотни тысяч соединений, которые вы можете проверить на антибиотическую активность. Этот поиск может быть облегчен с помощью алгоритмов машинного обучения. Альтернативно вы можете искать кандидаты в лекарства в природе — например, в почве, потому что обитающие там бактерии используют антибиотики для борьбы с другими бактериями».
Сначала образцы были отправлены в Пекинскую ключевую лабораторию противомикробных препаратов. Там исследователи культивировали образцы в богатой питательными веществами среде, известной как культуральный бульон. Затем жидкие культуры, полученные командой, были проверены на антимикробную активность. Бактериальные штаммы, производящие соединения антибиотиков, подверглись генетическому анализу. Затем исследователи сравнили проанализированные штаммы с клинически важными бактериальными штаммами, которые, как известно, вызывают заболевания у людей.
Следующий этап — лаборатория Сколтеха. Получив сухие экстракты культуральных жидкостей, содержащих соединения антибиотиков, Лукьянов и его коллеги приступили к определению механизмов антимикробного действия, используя, среди прочего, так называемую репортерную систему, разработанную соавтором исследования, профессором Биоцентра Петром Сергиевым. исследователи.
«Есть несколько способов, которыми антибиотики могут нанести вред бактериям: влияя на синтез белка, репликацию ДНК, транскрипцию РНК, синтез клеточной стенки или ключевые метаболические процессы», — объясняет Лукьянов. «Ученые Сколтеха и МГУ создали репортерную систему, которая позволяет различать соединения с двумя механизмами действия. Во-первых, антибиотики, подавляющие выработку белка бактериями. Во-вторых, соединения, влияющие на репликацию ДНК или транскрипцию РНК. Все остальные механизмы действия были отнесены к третьей группе».
Чтобы определить, какой механизм действовал в каждом конкретном случае, система использует двойной «репортерный штамм» бактерии E. coli. Это лабораторный штамм, искусственно лишенный определенных защитных механизмов, благодаря чему эффекты антибиотиков легче распознать и измерить.
Для проведения теста ученые культивировали репортерный штамм на чашках Петри и подвергли его воздействию жидких экстрактов тибетской культуры, а также контрольным препаратам — стандартным антибиотикам, которые представляют каждый из двух основных механизмов. Основываясь на том, насколько смертельными оказались анализируемые соединения для репортерного штамма по сравнению с обычно используемыми антибиотиками, команда смогла определить, какой механизм задействован.
Затем исследователи использовали два высокоточных аналитических метода идентификации соединений — хроматографию и масс-спектрометрию — чтобы определить, какие химические соединения содержатся в экстрактах. Среди них были гедамицины и кидамицины в соленой озерной воде, а также рифамицины из образцов тибетской почвы.
«Хотя соединения этих семейств являются известными антибиотиками, их присутствие в таких отдаленных регионах и на такой высоте над уровнем моря вряд ли можно заподозрить», - комментирует Лукьянов. «Там могут скрываться и другие, незнакомые антибиотики. И, возможно, в следующий раз нам повезет их найти».
Однако, если вы решите заняться поиском новых революционных антибиотиков у себя во дворе, есть вероятность, что вы обнаружите соединения, давно известные науке и, следовательно, представляющие ограниченный интерес для медицинского сообщества. Иначе обстоит дело с отдаленными районами, которые малонаселены и труднодоступны. Например, Тибет.
Китайские соавторы двух исследований, описанных в этой статье, отправились в экспедицию на Тибетское нагорье и собрали образцы воды и почвы в ряде мест нагорья, включая четыре соленых озера.
