В озерах Тибета нашли антибиотики

Результаты исследования опубликованы в журналах Frontiers in Microbiology и Microorganisms. Антибиотики — основное средство противодействия бактериальным инфекциям. Однако для болезнетворных микроорганизмов любой контакт с антибиотиком — это шанс поближе «рассмотреть» секретное оружие человечества, позаимствованное нами у других микроорганизмов. Из-за неоправданно частого использования таких препаратов без назначения врача пережившие их воздействие бактерии передают случайно оказавшиеся у них действенные механизмы защиты потомкам и процент устойчивых бактерий растет.

Ответ фармкомпаний и медицинского сообщества на возникновение устойчивых к антибиотикам бактерий — поиск новых лекарственных соединений и призыв к более ответственному использованию имеющихся.

«Что касается поиска антибиотиков, есть два пути, — рассказывает один из авторов упомянутых исследований, старший преподаватель Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха Дмитрий Лукьянов. — Можно искать их в химических библиотеках — это базы данных, в которых приводятся сотни тысяч соединений, и вы их проверяете на антибиотическую активность. При этом можно задействовать машинное обучение. Или можно искать вокруг нас, например в почве, потому что живущие там бактерии тоже используют антибиотики для борьбы с бактериями-конкурентами».

К сожалению, если просто «порыться под кустом», там с высокой долей вероятности обнаружатся давно известные науке соединения, и революционной таблетки из них не сделать. Интерес в этом смысле представляют именно труднодоступные и малонаселенные места. Такие как Тибет.

Во время экспедиции на Тибетское нагорье китайские соавторы исследователей из Сколтеха собрали образцы воды из четырех соленых озер и образцы почв. Образцы отправили в Пекинскую ключевую лабораторию противомикробных агентов. Содержащиеся в воде и почве микроорганизмы культивировали в богатой питательными веществами среде. Полученные культуры протестировали на предмет противомикробной активности. Некоторые бактерии, как оказалось, действительно вырабатывали антибиотики. Эти штаммы подверглись генетическому анализу, а также проверке: убивают ли они ряд известных патогенов человека.

На следующем этапе исследования сухие экстракты содержащих антибиотики культуральных жидкостей прибыли в Сколтех, и Лукьянов с коллегами стали выяснять задействованные механизмы противомикробной активности при помощи так называемой репортерной системы. Ее разработал совместно с коллегами соавтор обоих российско-китайских исследований Петр Сергиев — профессор Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха.

«Антибиотики могут вредить бактериям по-разному: воздействуя на синтез белка, репликацию ДНК, транскрипцию РНК, синтез клеточной стенки или ключевые процессы обмена веществ, — поясняет Лукьянов. — В Сколтехе и МГУ сделали репортерную систему, которая позволяет различать соединения с двумя механизмами действия: подавляющие производство белка бактерией и влияющие на репликацию ДНК либо транскрипцию РНК». Все прочие механизмы в данном случае выделяют в общую третью категорию.

Для определения механизма, задействованного в каждом отдельно взятом случае, в системе используется двойной «репортерный штамм» кишечной палочки. Этот лабораторный штамм искусственно лишен некоторых защитных механизмов, что позволяет лучше различать и измерять эффект от воздействия антибиотиков.

Коллектив из Сколтеха культивировал репортерный штамм в чашках Петри и подверг его воздействию тибетских экстрактов культуральных жидкостей, а также контрольных соединений — стандартных антибиотиков с двумя разными и заведомо известными механизмами действия. На основании того, насколько опасными исследованные вещества оказались для репортерного штамма по сравнению с контрольными антибиотиками, ученые определили механизмы воздействия.

Затем исследователи применили хроматографию и масс-спектрометрию — два высокоточных метода анализа состава смесей — и установили, какие именно химические соединения входят в состав экстрактов. Оказалось, что вода из соленых озер содержит хадамицины и кидамицины, а образцы тибетской почвы — рифамицины.

«Соединения из этих групп уже известны как антибиотики, но все равно их присутствие в столь удаленном и высокогорном регионе — это в некотором смысле неожиданность, — комментирует находку Лукьянов. — В подобных естественных средах могут скрываться и неизвестные антибиотики. Быть может, нам повезет найти их в следующий раз».

Сколтех

401 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше