Соединение из грязи может помочь бороться со сверхсильными бактериями в больницах

На протяжении многих лет эксперты в области общественного здравоохранения бьют тревогу в отношении следующего этапа сосуществования человечества с бактериями — мрачного будущего, в котором новые штаммы бактерий сделают бесполезными когда-то мощные антибиотики.

Организация Объединённых Наций недавно спрогнозировала, что, если учёные не создадут новые лекарства, то инфекции с множественной лекарственной устойчивостью к 2050 году станут причиной 10 млн ежегодных смертей, и в течение ближайшего десятилетия до 24 миллионов человек окажутся из-за них в крайней нищете.

Больше всего учёные опасаются бактерий, которые циркулируют в больницах и могут уклоняться не только от пенициллина и тетрациклина, но даже от колистина — антибиотика, используемого в качестве последнего средства.

Когда колистин не помогает, для пациентов с инфекциями с множественной лекарственной устойчивостью часто не остаётся эффективных антибиотиков.

Результаты, опубликованные в журнале Nature, могут позволить разработать новый класс антибиотиков для борьбы со штаммами, не поддающимися никакому другому лечению.

Колистин вырабатывается почвенной бактерией

Колистин уже давно и обильно используется в животноводстве, а в последнее время и в клинике. Считается, что его чрезмерное использование оказало сильное эволюционное давление на бактерии, заставляя их развивать новые черты, чтобы выжить.

В результате некоторые виды бактерий приобрели новый ген под названием mcr-1, который позволяет им избежать токсичности колистина, делая их устойчивыми к препарату.

Устойчивость к колистину быстро распространяется, отчасти потому, что mcr-1 находится на плазмиде — кольце ДНК, которое не входит в основной бактериальный геном и может легко передаваться от клетки к клетке.

«Он переходит от одного штамма бактерий к другому или от инфекции одного пациента к инфекции другого», — говорит Цзунцян Ван, аспирант в лаборатории Шона Ф. Брейди, профессора Рокфеллеровского университета.

Ван и его коллеги задались вопросом, существуют ли природные соединения, которые можно использовать для борьбы с бактериями, устойчивыми к колистину. В природе бактерии постоянно конкурируют за ресурсы, разрабатывая новые стратегии для борьбы с соседними штаммами.

Фактически колистин вырабатывается почвенной бактерией для уничтожения конкурентов. Если соперник сопротивляется атаке, подхватывая mcr-1, первый микроб может впоследствии приобрести новую мутацию, запустив новую версию колистина, способную убить бактерию mcr-1.

«Мы отправились на поиски природных соединений, которые почвенные бактерии могли выработать для борьбы с их собственной проблемой устойчивости к колистину», — говорит Брэди.

Новый «родственник» колистина

Исследователи использовали инновационный подход, который позволяет обойти ограничения традиционных методов поиска антибиотиков. Вместо того чтобы выращивать бактерии в лаборатории и искать соединения, которые они производят, исследователи искали соответствующие гены в ДНК бактерий.

Просеяв более 10 тыс. бактериальных геномов, они обнаружили 35 групп генов, которые, по их прогнозам, должны были производить структуры, похожие на колистин. Одна группа выглядела особенно интересной, поскольку в неё входили гены, достаточно сильно отличающиеся от тех, которые производят колистин.

При дальнейшем анализе этих генов исследователи смогли предсказать структуру новой молекулы, которую они назвали маколацин. Затем они химически синтезировали этот невиданный ранее родственник колистина, получив новое соединение без необходимости извлекать его из природного источника.

В лабораторных экспериментах маколацин показал свою эффективность против нескольких типов бактерий, устойчивых к колистину, включая устойчивую к нему Neisseria gonorrhoeae — патоген, который Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) классифицировали как угрозу высшего уровня. Колистин, напротив, оказался совершенно неактивным против этой бактерии.

Затем учёные протестировали новый препарат на мышах, заражённых устойчивой к колистину XDR A. baumannii — ещё одним патогеном, представляющим угрозу наивысшего уровня.

Мыши, получившие инъекцию оптимизированного маколацина, полностью избавились от инфекции за 24 часа, в то время как мыши, получавшие колистин или плацебо, сохранили, по крайней мере, то же количество бактерий, что и при первоначальном заражении.

«Наши результаты показывают, что маколацин потенциально может быть разработан в качестве препарата для борьбы с некоторыми из наиболее опасных патогенов с множественной лекарственной устойчивостью», — сказала Брэди.

В другом исследовании лаборатория Брэди использовала аналогичные методы для изучения другого класса антибиотиков, называемых менахинон-связывающими антибиотиками (MBA).

В работе, опубликованной недавно в журнале Nature Microbiology, исследователи показали на мышах эффективность новых MBA против метициллин-резистентного золотистого стафилококка — ещё одной причины опасных инфекций в медицинских учреждениях.

По словам Вана, метод поиска генома на основе эволюции, использованный для открытия маколацина, можно применить и для решения других проблем, связанных с лекарственной устойчивостью.

«В принципе, можно искать в бактериальной ДНК новые варианты любого известного антибиотика, который стал неэффективным из-за устойчивых к нему штаммов».

Александр Иванов — обозреватель и журналист The Epoch Times, специализирующийся на медицинской тематике и материалах о здоровье.