Учёные обращаются к самым экстремальным условиям в мире, чтобы найти новые способы борьбы с лекарственной устойчивостью. В северном Китае, где пустыня Гоби встречается с Тибетским нагорьем, лежит огромное пространство песчаных дюн, гор и голых скал. Зимы здесь длинные и суровые, температура опускается ниже -25 градусов по Цельсию, а осадки настолько редки, что выживают только хорошо приспособленные виды. На протяжении десятилетий исследователи искали здесь жизнь, которая может существовать в этой враждебной среде.
В последнее время они охотятся за чем-то конкретным.
Учёные считают, что организмы, живущие в суровых условиях, могут помочь в борьбе с неотложной и постоянно растущей угрозой устойчивых к антибиотикам бактерий, которые становятся всё более смертоносными.
Первая всесторонняя оценка их воздействия, опубликованная ранее в этом году, показывает, что устойчивые к лекарствам бактерии непосредственно убили более миллиона человек в 2019 году и сыграли свою роль в смерти ещё нескольких миллионов человек в том же году. Один из способов противодействия этой угрозе — найти новые антибиотики — вещества, к которым бактерии не успели стать устойчивыми, — и сами бактерии являются хорошим их источником.
Многие лекарства, которые используются на сегодняшний день, представляют собой вещества, которые бактерии производят для защиты от других микробов. Поэтому многие исследования сосредоточены на поиске новых бактерий с антимикробными свойствами — отсюда и походы в пустыню. «Идея состоит в том, что чем экстремальнее условия, тем больше существующих организмов будет вынуждено эволюционировать и адаптироваться», — говорит Пол Дайсон, молекулярный микробиолог из Медицинской школы Университета Суонси в Великобритании.
Теория гласит, что там, где жёсткие условия означают высокую конкуренцию за выживание, можно найти бактерии, которые обеспечивают более сильную защиту от своих соперников. А в глубинах пустыни Дайсон и его сотрудники из Китайской академии наук обнаружили вид бактерий, который действительно имеет преимущество и может изменить сам процесс открытия антибиотиков.
В 2013 году китайские коллеги Дайсона выделили ранее неизвестный вид бактерий Streptomyces, которые они нашли на крайнем юге пустыни Гоби, в регионе под названием плато Алкса. После секвенирования генома бактерии они обнаружили, что она не только вырабатывает антибиотики, убивающие другие бактерии, но и чрезвычайно быстро растёт по сравнению с уже известными видами Streptomyces. Секвенирование также показало, что эта пустынная бактерия обладает невиданным ранее геном транспортной РНК (тРНК). Это молекула, которая позволяет организмам считывать свой генетический материал и тем самым строить другие молекулы, необходимые им для существования.
Дайсон и его команда вскоре выяснили, что этот недавно открытый ген тРНК запускает молекулярные переключатели, которые контролируют выработку антибиотиков гораздо эффективнее, чем в обычных продуцирующих антибиотики бактериях. Многие из наиболее важных с медицинской точки зрения бактерий принадлежат к роду Streptomyces: группе, включающей более 500 известных видов.
Они настолько широко распространены в земле, что именно молекулы, вырабатываемые Streptomyces, придают почве характерный землистый запах.
Что ещё более важно, Streptomyces являются жизненно важным источником для медицины. Более двух третей природных антибиотиков, используемых сегодня, получены из этой группы бактерий. И, несомненно, есть ещё много бактерий, которые могли бы дать новые полезные антибиотики.
Фото: apteka.ua
Открытию антибиотиков «часто мешает низкая урожайность», — говорит Лаура Пиддок, научный директор Глобального партнерства по исследованиям и разработкам в области антибиотиков (GARDP) в Женеве. Кроме того, иногда бактерия может производить полезные вещества, но «генетический механизм отключён, поэтому антибиотик не производится», — добавляет Пиддок. Зная это, Дайсон и его сотрудники решили взять ген тРНК быстрорастущей пустынной бактерии и добавить его к обычным бактериям Streptomyces, уже используемым для производства клинических антибиотиков. Гипотеза команды заключалась в том, что ген быстрорастущей бактерии будет стимулировать производство антибиотиков этими другими бактериями, что именно и произошло. Модифицированные бактерии производили антибиотические соединения за два-три дня — примерно в два раза быстрее, чем обычные виды Streptomyces.
Эти результаты, опубликованные в журнале Nucleic Acids Research, могут оказаться очень полезными в поисках новых методов лечения. Если учёные обнаружат новую бактерию, которая, по-видимому, будет генерировать что-то, что можно использовать в качестве лекарства, но не будет производить его в больших количествах (как это часто бывает), есть инструмент, который потенциально может сделать её намного более продуктивной.
По словам Пиддок, заставить бактерии производить большие объёмы антибиотических веществ «представляет большой интерес для исследователей в этой области» и окажет положительное влияние на здоровье человека. «Это должно позволить открывать новые антибиотики, которые могут лечь в основу новых лекарств для лечения инфекций». Это хорошая новость, поскольку в настоящее время, по оценке Всемирного банка, устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) является одной из самых серьёзных угроз для глобального здравоохранения, продовольственной безопасности и развития.
Согласно тревожному отчёту ООН за 2019 год, если не будут предприняты действия по борьбе с этими широко распространёнными супербактериями, к 2050 году 10 миллионов человек в год могут умирать от болезней, устойчивых к лекарственным препаратам.
В связи с этим более широкое использование антибиотиков во время пандемии (для защиты пациентов с
Covid-19 от вторичных инфекций) привело к росту лекарственной устойчивости.
Резистентность возникает, когда бактерии неоднократно подвергаются воздействию антибиотиков и вырабатывают способы противостоять им. Это явление усугубляется и ускоряется из-за неправильного и чрезмерного использования антибиотиков как у людей, так и у домашнего скота, в том числе, когда люди принимают антибиотики для лечения вирусных заболеваний (они действуют только против бактерий) и когда их дают здоровому домашнему скоту для профилактики заболеваний. «В любой момент невозможно полностью остановить УПП, поскольку это естественное явление, но скорость и угрозу можно снизить и контролировать», — говорит Хатим Сати из отдела устойчивости к противомикробным препаратам Всемирной организации здравоохранения.
Пустынная бактерия Дайсона — один из видов, который может помочь, но есть и множество других, адаптированных к экстремальным условиям, которые также могут предложить выход. Названные экстремофилами, такие организмы были выделены из самых негостеприимных мест Земли: подводных вулканов, глубоководных губок и среди песков самого сухого места на Земле. Эти среды обитания имеют очень высокие или низкие температуры, pH, давление или солёность, или их комбинации.
Фото: naked-science.ru
Несколько лет назад Дайсон был частью другой группы, которая обнаружила несколько новых видов Streptomyces в горах Бохо в Северной Ирландии, районе, известном своим биоразнообразием. Ландшафт состоит из известняка, сильно кислых болот и щелочных лугов, и проблемы этих особенностей — как в пустыне Гоби — предлагают уникальную среду для потенциального развития более стойких бактерий. На протяжении веков земля, которая была оккупирована друидами 1500 лет назад, имела мистическую репутацию, а почва особенно известна своими целебными свойствами, часто используемыми в настойках и для лечения ран.
Джерри Куинн, учёный из команды, который раньше жил в Бохо, говорит, что его двоюродный дедушка был местным целителем и, как известно, обладал лекарством от нескольких болезней. «Всегда ходили истории о людях, у которых было «лекарство», — говорит Куинн. «Это был действительно тщательно охраняемый секрет, передаваемый из поколения в поколение по очень строгим правилам. Вы не можете продать лекарство, вы не можете обмануть человека, ищущего лекарство, и вы должны были сделать его точно так, как вас учили».
Учёные обнаружили, что один из штаммов бактерий, который команда назвала Streptomyces sp. myrophorea, смогла бороться с четырьмя из шести наиболее устойчивых к антибиотикам патогенов, включая MRSA. Важно отметить, что открытие этих микробов — лишь первый из многих шагов в разработке новых антибиотиков. Очень немногие недавно открытые вещества в конечном итоге станут лекарствами, или по причине их токсичности для человека или множества других факторов. И даже после преодоления этих препятствий следуют годы клинических испытаний. Тем не менее, Дайсон надеется, что ключ к преодолению УПП находится в природе, и что с недавно открытым геном тРНК учёные смогут максимально использовать то, что обнаружится. Однако на данный момент поиск перспективных бактерий продолжается, а это означает, что будут продолжаться исследования самых экстремальных условий Земли.