• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.08.2017
Сибирское отделение РАН
472

Апокалипсис отменяется: нас спасут насекомые

Главные спасители человеческой цивилизации сегодняшнего и, тем более завтрашнего, дня — маленькие шестиногие животные, роющиеся в отбросах и падали. На первый взгляд это кажется не слишком реальным и привлекательным, но, тем не менее, это так.

Апокалипсис отменяется: нас спасут насекомые
Апокалипсис отменяется: нас спасут насекомые

На XV съезде Российского энтомологического общества, прошедшем в Новосибирске, заведующий лабораторией биофармакологии и иммунологии насекомых Санкт-Петербургского государственного университета, доктор биологических наук Сергей Иванович Черныш рассказал о том, как насекомым-падальщикам, живущим в гуще микробов и питающимся отходами человеческой жизнедеятельности, удается процветать и оставаться неуязвимыми к атакам бактерий. Комплекс антимикробных пептидов, синтезируемый насекомыми, может решить глобальную медицинскую проблему — устойчивость различных болезнетворных микроорганизмов к антибиотикам.

В апокалиптических фильмах «Армагеддон» или «День независимости» конец света представляется чем-то внезапным и пришедшим извне. Но пока что нас подстерегает опасность куда более реальная, чем атака инопланетян или падение гигантского метеорита: вездесущие болезнетворные бактерии с каждым годом «умнеют», наращивая защиту к не столь быстро меняющимся препаратам:

– В середине прошлого века, с приходом антибиотиков, у человечества появилось ощущение, что с бактериями проблем не будет. Но к концу столетия ситуация существенно изменилась и продолжает меняться каждый день: бактерии оказались не так просты, как можно было подумать. Они нашли эффективные и замечательные способы выживать в среде, насыщенной антибиотиками, — у них возникла резистентность.

Эту проблему Всемирная организация здравоохранения объявила проблемой номер один для медицины настоящего и, в особенности, будущего. Вал устойчивых к антибиотикам одноклеточных, который накрывает человеческую цивилизацию на всей территории земного шара, становится все больше. Не только каждая отдельная бактерия борется за свою жизнь, они накапливают этот опыт, формируют «резистом» — комплекс защитных механизмов, которые микроорганизмы «завещают» потомкам и, что еще более важно, горизонтально передают своим соседям, — заявил Сергей Черныш.

На фоне этого ужасного сценария насекомые, существующие сотни миллионов лет в контакте с предками человека и пожирающие отходы человеческой жизнедеятельности, а зачастую и трупы людей, все то время, что существует наша цивилизация, кажутся неуязвимыми. Вещества, которые вырабатывает их иммунная система, прошли испытание временем и побеждают в борьбе с микроорганизмами. Разгадыванием этой успешной стратегии занялись сотрудники лаборатории биофармакологии и иммунологии насекомых СПбГУ.

 Н.А. Гордя, С.И. Черныш, Д.В. Тулин, А.Ю. Яковлев.
Сотрудники лаборатории биофармакологии и иммунологии насекомых СПбГУ слева направо: Н. А. Гордя, С. И. Черныш, Д. В. Тулин, О. И. Шевченко, А. Ю. Яковлев

– Наш интерес связан с изучением иммунной системы насекомых, мы «обработали» порядка двух сотен видов в первую очередь с точки зрения пользы для медицины. Прежде всего исследовались структуры антимикробных пептидов. В итоге мы остановились на одной группе насекомых — синантропных двукрылых-сапрофагах. Синантропные (экологически связанные с поселениями человека) в приоритете именно потому, что имеют непосредственный контакт с микрофлорой человека — у них и у нас общий бактериальный враг. Во-вторых, сапрофаги живут в среде, максимально насыщенной всякого рода микрофлорой: это трупы, экскременты, в некоторых случаях раны.

Словом, все те условия, где бактерии представляют самую непосредственную угрозу жизни, в том числе и личинкам двукрылых. Как следствие, у последних возникла чрезвычайно мощная иммунная система, если сравнить с другими насекомыми. Система устроена довольно сложно, но самое главное в ней для нас то, что, распознавая патоген, клетки жирового тела личинок начинают вырабатывать антимикробные пептиды в огромных количествах, превышающих те, которые нам удавалось наблюдать у других насекомых, — рассказал Сергей Черныш.

На сегодняшний день из всех групп живых организмов выделено порядка 2 500 антимикробных пептидов, примерно половина из них принадлежит насекомым и укладывается в четыре большие группы: дефензины, цекропины, диптерицины и P-пептиды (пролин-богатые пептиды).

В каждой группе насекомых есть либо одна, либо две, иногда больше форм антимикробных пептидов. Сергей Черныш и его коллеги работают с личинками синей мясной мухи Calliphora vicina (попросту — опарышами), которые сконцентрировали в себе все разнообразие пептидов, характерное для класса насекомых в целом. Личинки синтезируют все четыре группы соединений в течение нескольких часов после того, как получили «заряд» бактерий. Они накапливают в гемолимфе («крови» насекомых) спасительные вещества, формируя единый комплекс, причем его свойства не сводимы к характеристикам отдельных составляющих. Вот в этом и заключается один из секретов антибактериального «щита» насекомых.

Слева - личинки C. Vicina, справа - клетки жирового тела личинок, в которых происходит биосинтез FLIP7

Слева — личинки C. Vicina, справа — клетки жирового тела личинок, в которых происходит биосинтез FLIP7

В противовес такому многокомпонентному подходу в медицине и в фармакологии действует принцип монотерапии, во всяком случае, в отношении инфекционных заболеваний.

– Когда вы приходите к врачу с проблемой бактериального порядка, он вам прописывает один антибиотик, если лекарство не помогает — другой, потом, может быть, третий. Но если это безрезультатно — дела ваши плохи, потому что более сложной комбинации в науке не существует. Врач, конечно, может прописать сразу пять антибиотиков, но это будет совершенно научно не обосновано, да и результат неизвестен.

Принцип монотерапии переносится на разработку новых лекарственных веществ, и проблема в том, что результат является временным. Вводя в окружение бактерий какой-то отдельный фактор, пусть и очень мощный, вызывающий у них быстрый отбор, вы неизбежно провоцируете рост устойчивости, и поделать с этим на сегодняшний день ничего нельзя, — продолжил исследователь.

Насекомые используют не одно, не два, не четыре, а несравненно больше веществ одновременно, и главная возможность, которую открывают эти комплексы, — их эволюционная стабильность. Очевидно, природа не зря потратила время — почти полмиллиарда лет— и энергию на то, чтобы создать столь сложную систему.

Эффективность антибактериального комплекса, синтезируемого опарышами, иллюстрируется при помощи относительно простого эксперимента: выращивания культуры бактерий в присутствии антибиотика, например меропенема — «рекордсмена» в борьбе с грамотрицательными бактериями.

– Оказалось, что если бактерию прилежно травить, при каждом пассаже (последовательном пересеве культуры микроорганизмов) поднимая концентрацию антибиотика, у микроорганизмов изменится устойчивость. Примерно через 13 пассажей появится бактерия, которая обладает значительно большей резистентностью к меропенему, чем ее предшественники. А примерно через 20 поколений она станет абсолютно неуязвима — воздействие уже невозможно. Лечить нельзя будет даже раньше, потому что вы не можете прописать человеку вместо одной таблетки лекарства, например, шестьдесят, он их просто не проглотит, — прокомментировал Сергей Черныш.

На этом пугающем фоне эффективность антимикробного комплекса насекомых из 15 разных пептидов, адаптированных в ходе эволюции к совместному действию, выглядит фантастично:

– Сколько бы мы ни воздействовали пептидным комплексом на бактерию, например кишечную палочку или родственных ей энтеробактерий, изменения устойчивости к нему не происходит. Если микроорганизмы были чувствительны к препарату на определенном уровне, то эта восприимчивость и сохраняется, независимо от количества поколений. Мы тестировали на 250 поколениях — это солидный отрезок в эволюционно-историческом плане, — добавил ученый.

Однако борьба с бактериями — это не просто сражение с безмозглыми одноклеточными, которые лишь в ходе селекции становятся устойчивы к поражающему фактору. Нет, они способны объединяться и противостоять атакам извне почти сразу:

– Попадая в организм хозяина, бактерии очень быстро переходят в состояние биопленки: своеобразное многоклеточное сообщество, куда может входить не один, а несколько видов бактерий, и они вырабатывают определенный набор соединений, который называется матриксом. Им бактерии укрываются, как одеялом, защищаясь и от нападений клеток иммунной системы, и от антибиотиков. На сегодняшний день биопленки служат источником большинства бактериальных заболеваний у человека (более 80 %), животных и, может быть, растений. Это наиболее сложные заболевания — хронические инфекции, — отметил Сергей Черныш.

Более того, многие болезни, которые мы привыкли считать неинфекционными, вызываются как раз биопленками — бляшки в сосудах, атеросклероз, воспаления миокарда. Похожая ситуация и с онкологическими заболеваниями: многие из них имеют бактериальную природу. Конечно, рак — заболевание, связанное с какими-то мутациями или внедрением в геном вирусных онкогенов, вызывающими появление паталогически измененных клеток. Но для того чтобы такие клетки могли прижиться в организме, им нужна определенная среда: идеально подойдет воспаленный участок, возникший благодаря бактериальным биопленкам. Еще одно место скопления подобных инфекций — диабетические язвы: каждый год в мире проводится более одного миллиона ампутаций нижних конечностей из-за осложнений диабета, это больше, чем потери в военных конфликтах и террористических актах.

Обширное исследование, проведенное сотрудниками лаборатории биофармакологии и иммунологии СПбГУ, показало, что избавиться от бактериальных биопленок при помощи антибиотика очень трудно или невозможно. Даже если антибиотик уничтожит основную массу бактерий, есть высокая вероятность того, что оставшиеся в живых быстро восстановят популяцию и она уже будет менее чувствительна к антибиотику (выживают сильнейшие!). Однако если применять препарат, например, уже упомянутый меропенем, в сочетании с комплексом антимикробных пептидов FLIP7, то можно полностью уничтожить популяцию биопленочных бактерий, предотвратив таким образом развитие хронической инфекции.

Цитотоксический гемоцит C. vicina. Это аналог естественных киллеров млекопитающих — ключевой системы противоопухолевого и противовирусного иммунитета человека. Обнаружение цитотоксических гемоцитов послужило стимулом к поиску аллоферона.
Цитотоксический гемоцит C. Vicina. Это аналог естественных киллеров млекопитающих — ключевой системы противоопухолевого и противовирусного иммунитета человека. Обнаружение цитотоксичеких гемоцитов послужило стимулом к поиску аллоферона 

Исследования уже привели к созданию нового поколения медицинских препаратов на основе пептидов иммунной системы насекомых. Первенцем в этом ряду стал «Аллокин-альфа» — противовирусный препарат на основе пептида аллоферона, получаемого путем химического синтеза. Впервые аллоферон был получен сотрудниками лаборатории биофармакологии и иммунологии СПбГУ из гемолимфы личинок все того же опарыша. На сегодняшний день уже более двух миллионов больных с папиллома-вирусными, герпетическими инфекциями, среднетяжелыми формами гепатита В, прошли лечение «Аллокином-альфа».

В перспективе еще более широкую сферу медицинского применения имеет гель «Энтомикс» — антибиопленочное покрытие на основе комплекса антимикробных пептидов FLIP7. В производстве FLIP7 используется оригинальная технология параллельного биосинтеза пептидов в эукариотической системе (личинках насекомого), разработка которой поддержана грантом Российского научного фонда. FLIP7 может самостоятельно применяться для лечения различных форм биопленочных инфекций, устойчивых к известным лекарственным средствам.

При этом его необязательно рассматривать как альтернативу традиционной антибиотикотерапии. Исследованиями установлено, что FLIP7 служит мощным синергистом многих жизненно важных групп антибиотиков (карбапенемов, аминогликозидов, цефалоспоринов, гликопептидов и т.д.), позволяя в сотни и даже тысячи раз снизить их эффективную дозу, необходимую для полного подавления инфекции.

Стадию доклинических испытаний миновал противоопухолевый и противовирусный препарат «Аллостатин», показавший хорошие результаты в борьбе с раком у лабораторных мышей:

– Мы надеемся, что «Аллостатин» и его аналоги позволят нам продвинуться в лечении онкологии и, может быть, на следующем съезде я смогу сказать, что в аптеках появился еще один препарат, — прокомментировал Сергей Черныш.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирское отделение Российской академии наук — крупнейшее региональное отделение РАН, которое обеспечивает научно-методическое руководство над деятельностью ряда организаций РАН, расположенных в Сибири.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:27
Анатолий Глянцев

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

Вчера, 16:37
Анна Новиковская

В американском штате Юта растет рощица тополя осинообразного, которая, по сути, одно растение, связанное единой корневой системой. «Дрожащему Гиганту», как прозвали рощицу у себя на родине, около 80 тысяч лет, но ему все еще угрожает гибель из-за объедающих побеги оленей и домашнего скота. И это несмотря на установку защитного забора.

Вчера, 09:57
Сергей Васильев

Несмотря на тусклое Солнце, атмосфера Юпитера раскаляется до сотен градусов благодаря не стихающим полярным сияниям. Волны аномальной жары быстро уносят тепло дальше к экватору.

Вчера, 11:27
Анатолий Глянцев

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

23 сентября
Алиса Гаджиева

Ученые обнаружили, что древняя медная промышленность Израильского царства была организована так, что в итоге в ее центре не осталось ни растений, ни самой промышленности.

23 сентября
Анна Новиковская

За последние 50 лет на Аляске образовалось несколько новых термокарстовых озер, чья поверхность пузырится, выделяя в атмосферу метан — мощный парниковый газ. Поскольку такие озера образовались в результате таяния вечной мерзлоты, в ближайшем будущем их может стать еще больше.

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

3 сентября
Алиса Гаджиева

В «Кратких сообщениях Института археологии» опубликована статья Михаила Казанского и Анны Мастыковой, в которой авторы обобщили все известное из самых разных источников (от позднеантичных авторов до материалов археологических раскопок) о народе акациры. В результате они не только узнали, где те жили во время Великого переселения народов, но и предположили, как это племя нашло общий язык с соседями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: