Після трьох десятиліть застою вчені відкрили новий антибіотик. Можливо, завдяки йому не повернемось до часів, коли люди вмирали від зараженої рани чи запалення легенів.
У першій половині минулого століття здавалося, що люди раз і назавжди виграли війну проти небезпечних бактерій. Очевидно, вчені усвідомлювали, що з часом бактерії стають опірними до ліків, проте вірили в появу все нових і нових засобів боротьби. Тепер, на жаль, відомо, що бактерії виявилися спритнішими. Відпорність до антибіотиків у них з’являється швидше, ніж останні проходять фазу клінічних досліджень. Тому медики б’ють на сполох.
«З 1980-х рр. не появлялось жодного нового класу антибіотиків. Легше створити черговий лік проти гіпертонії, який потрапить на ринок через багато років, ніж випустити антибіотик, який через короткий час втратить ефективність», - стверджує проф. Саллі Дейвіс, радник Міністерства охорони здоров’я Великобританії.
Міжнародна команда вчених (переважно зі США та Німеччини) під керівництвом Лоссі Лін з компанії NovoBiotic Pharmaceuticals в Кембріджі нарешті може похвалитися новими здобутками, результати яких опубліковано в журналі Nature.
Це – найефективніші антибіотики, які досі вдавалося створити. Вони є натуральними продуктами життєдіяльності бактерій ґрунтів та грибів.
Більшість існуючих сьогодні антибіотиків була розроблена у т. зв. «золоту епоху» цих ліків, що тривала між 1940 і 1960 рр. Наприкінці цієї епохи вичерпалися можливості пошуку нових ґрунтових бактерій. Ті з них, що були здатні продукувати нові діючі лікарські речовини на основі традиційних поживних середовищ в лабораторних чашках Петрі, вже були повністю досліджені.
У 1980-х рр. вчені звернулися до синтетичної біології. Синтетична біологія дозволила розробити чимало нових ліків, однак її можливостей для створення антибіотиків виявилось недостатньо.
А втім все, що живе в ґрунті, але не росте в чашці Петрі, впродовж десятиліть було недосяжним для мікробіології. Тому в науковців не було іншого виходу, як знову почати копатися в ґрунті.
Допомогла генетика. Завдяки секвенуванню ДНК встановили, що в ґрунті існує мікробіологічна невидима «темна матерія», що становить аж... 99% мікроорганізмів, які там існують. Це – неймовірне джерело нових ліків. От тільки як до нього добратися?
Праця сучасних науковців, які займаються пошуком нових ліків, опирається на базу даних ДНК ґрунтових мікробів, яка з роками стає дедалі більшою. Науковці «читають» ці гени, а далі намагаються їх відтворити й впровадити у клітину-носія, аби дізнатися, який тип білків і з якими властивостями вони кодують. Але також існує ще одна методика, а саме – розробка нових методик «вигодівлі» бактерій.
Науковці, які рапортують про своє відкриття в Nature, є піонерами в цій галузі.Їм вдалося створити мініатюрний пристрій, названий iChip, який дозволяє вирощувати мікроколонії бактерій в їх природному середовищі – ґрунті. Це й було ключем до успіху.
Вченим відомо, що більшість ґрунтових бактерій потребує для розвитку інших (також незнаних) видів бактерій. У зв’язках між ними, які годі передбачити та відтворити в лабораторії, й формуються лікувальні властивості антибіотиків – органічних речовин, що синтезуються в природі мікроорганізмами для захисту від інших мікроорганізмів. Саме тому їх неможливо культивувати в пробірці.
Нова техніка загалом досить проста. Мікроколонію вміщують у чип. Спеціальний мікроканал у ньому виловлює окремі бактеріальні клітини, а ззовні оточує колонію напівпроникною мембраною. Чип з колонією поміщають в її природне середовище – ґрунт. Завдяки цьому до замкнених у чипі бактерій проникають натуральні живильні складники з навколишнього середовища.
Вчені стверджують, що таким способом вдається вирощувати до 50% бактерій, відкритих шляхом секвенування ДНК. Для порівняння, в чашці Петрі розвивається лише 1% ґрунтових бактерій.
Коли замкнена в чіпі мікроколонія зростає до певних розмірів, надалі вона вже здатна до існування in vitro (у склі). Отже, її вже можна досліджувати. Мета досліджень – аналіз бактеріальної колонії з погляду її зв’язків з іншими мікробами. Аби виявити наявність у ній антибіотиків, її екстракт змішали з колонією патогенних бактерій Staphylococcus aureus (золотисний стафілокок), щоб справдити, чи вміст якоїсь з пробірок сповільнює розмноження цих мікроорганізмів.
Результати перевершили очікування! Одна з колоній показала дуже перспективні властивості. Її бактерії назвали Elephtheria terrae. Колонію згодом очистили й детально проаналізовали зв’язки, які вона виробила під час взаємодії з іншими бактеріями. Виділений антибіотик одержав назву тейстобактин. Він має іншу хімічну структуру, ніж всі інші існуючі нині антибіотики.
Надалі вчені секвенували геном E. terrae. Виявилося, що цей вид бактерії споріднений з вже відомим Aquabacteria. Це – грам-негативні бактерії, чия здатність продукувати антибіотики досі була невідомою.
Тейстобактин знищує бактеріальні клітини, долучаючись до прекурсорів двох сполук, які творять стінки бактеріальних клітин – ліпіду ІІ (прекурсора пептидоглікану, названого муреїном) та ліпіду ІІІ (прекурсора тейхоєвої кислоти). Це пояснює, чому це з'єднання є ефективним проти грам-позитивних бактерій і не працює з грам-негативними. Річ у тім, що грам-позитивні бактерії мають у клітинних стінках грубий шар пептидоглікану, що також містить тейхоєву кислоту – дві цілі для атаки антибіотиків.
Автори дослідження доказали ефективність антибіотика на мишах, заражених золотистим стафілококом та стрептококом. Дослідження на людських клітинних лініях показали, що навіть в найвищих дозах тейстобактин не токсичний для клітин ссавців. Втім, тести знаходяться ще в початковій фазі. З дослідженнями на добровольцях-людях потрібно буде ще почекати.
Дуже важливим є факт, що, незважаючи на численні спроби, вченим так і не вдалося створити бактерій-мутантів, стійких до дії тейстобактину. Це свідчить про те, що антибіотик залишатиметься ефективним протягом тривалого часу.
Стійкість до дії тейстобактину зрештою появиться. Вчені поки не можуть сказати, коли це станеться, але прогнозують, що не раніше, як через кількадесят років. Антибіотик «останнього шансу» - ванкоміцин, - який відкрили у 1953 р., зберігав резистентність впродовж аж 40 років, поки не появилися перші стійкі до нього штами бактерій.
Якщо тейксобактин справді виявиться ефективним і, щонайважливіше, безпечним, то людству на кількадесят років не загрожуватиме повернення в еру, що передувала появі антибіотиків, коли люди вмирали від зараженої рани чи запалення легенів.
Margit Kossobudzka
Wreszcie! Jest nowy antybiotyk, dzięki któremu nie ulegniemy mikrobom
Gazeta Wyborcza, 08/01/2014
Зреферував Євген Ланюк
09.01.2015