Штаммные единицы: ученые создали новый антибиотик из полярных бактерий
Бактерии, найденные в Антарктиде, стали основой для новых антибиотиков, которые создают российские ученые. Эти микроорганизмы, устойчивые к экстремально низким температурам и другим факторам полярных территорий, в процессе эволюции приобрели уникальные свойства, помогающие им справляться с патогенами. Эксперты отметили, что Россия обладает значительными малоизученными северными пространствами, которые могут стать сокровищницей многих других полезных микроорганизмов, поэтому их потенциал для фармацевтики практически неисчерпаем.
Новые антимикробные препараты
Ученые Северо-Западного государственного медицинского университета имени И.И. Мечникова (СЗГМУ) Минздрава РФ разработали антибиотики на основе штаммов бактерий, устойчивых к экстремально низким температурам. Такие микроорганизмы были выявлены в процессе изучения экосообществ, распространенных в Антарктиде.
Как сообщили специалисты, обнаруженные микробы относятся к психротрофам — бактериям, которые способны выживать и развиваться в снежных толщах и подо льдами при температурах ниже 7 градусов по Цельсию. Эти факторы стимулируют молекулярную эволюцию бактерий, включая генетические структуры, которые ответственны за синтез антибиотиков.
— Во время 63-й Российской антарктической экспедиции были выявлены штаммы бацилл — грамположительных палочковидных бактерий, — которые продуцируют антимикробные пептиды. Они были выделены из образца биологических образцов на скалистом пике, выступающем над поверхностью ледникового покрова в восточной части Южного континента, — рассказал «Известиям» один из авторов разработки, профессор кафедры эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии СЗГМУ и заведующий НИЛ инновационных методов микробиологического мониторинга Артемий Гончаров.
Он пояснил, что пептиды — это вещества, которые играют важную роль в жизнедеятельности бактерий и клеток, регулируя внутренние и внешние процессы. В том числе выполняют функцию защиты от других микроорганизмов, вирусов и микроскопических грибов. Пептиды нарушают оболочку патогенов, что приводит к их гибели.
По словам ученого, в процессе исследования свойств обнаруженных бактерий были выделены наиболее перспективные образцы. На их основе и был разработан препарат с живыми микроорганизмами, который производит антимикробные пептиды. Их преимущество в том, что они могут подавлять рост патогенов, на которые не действуют традиционные антибиотики.
Как рассказал Артемий Гончаров, в настоящее время проводятся доклинические испытания препарата. В частности, во время исследований была подтверждена эффективность этих веществ против золотистого стафилококка — возбудителя ряда опасных инфекций, — обладающего множественной лекарственной устойчивостью. Также препарат показал хорошие результаты и против других стафилококков, стрептококков и эшерихий (кишечные палочки) и ряда других патогенов.
Специалист подчеркнул, что эксперименты продемонстрировали безопасность нового лекарственного средства на разных видах животных. Следующий этап — это клинические испытания, по итогам которых будет принято решение о запуске массового производства нового лекарственного средства.
Клондайк микроорганизмов
В целом, по мнению ученого, полярные территории можно рассматривать как новый Клондайк полезных бактерий. В первую очередь это касается просторов российской Арктики. Такая разработка — эффективная стратегия как для поиска альтернатив классическим медикаментам, так и для других применений. В том числе они могут быть источниками противоопухолевых или антиоксидантных соединений.
— Пока мы плохо представляем биоразнообразие микроорганизмов в Арктике и Антарктике. Однако данные, основанные на новых методах анализа (например, исследовании ДНК), однозначно говорят, что количество бактерий и вирусов, которые обитают в полярных регионах, не уступает тропическим экосистемам, — подчеркнул Артемий Гончаров.
Вместе с тем, отметил он, важно наладить систему мониторинга полярных биогеоценозов, чтобы не допустить распространения патогенных бактерий, которые долгое время сохранялись в толще многолетней мерзлоты и сейчас вытаивают из-за глобального потепления. В отличие от полезных микроорганизмов, они представляют значительную угрозу, поскольку у современных людей отсутствует иммунитет против древних инфекций.
— Поиск антимикробных веществ в необычных средах — это классика жанра. Например, не так давно российские ученые нашли микроорганизмы, которые продуцируют новые антибиотики, в пасти медведя. Подобные же бактерии выделили из варанов, которые уничтожают жертв, занося инфекции в их раны. И при этом сами вараны от возбудителей не страдают, — рассказал руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Татарстана Альберт Ризванов.
Он добавил, что арктические бактерии также могут быть источником новых ферментов, функционирующих при низких температурах. Это открывает перспективы в области промышленных биотехнологий. Помимо этого, их можно использовать для восстановления загрязненных почв в холодных регионах. Кроме того, микроорганизмы могут стать основой для разработки биопрепаратов для сельского хозяйства, защиты растений и улучшения почвы в высоких широтах.
В отдаленной перспективе бактерии, приспособленные к выживанию в экстремально холодных средах, будут востребованы при освоении других планет и небесных тел. Например, ледяных спутников Юпитера и Сатурна, полагает эксперт.
Зачастую стрессовые условия тонизируют микроорганизмы, значительно повышая их биотехнологический потенциал, отметила сотрудник лаборатории «Смарт-технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» Российского университета дружбы народов им. П. Лумумбы Мария Корнейкова. Например, известны эксперименты, когда штаммы помещали в холодные условия, и полученный стресс заставлял их более активно синтезировать новые вещества или аккумулировать вредные соединения. Поэтому регионы с экстремально холодным климатом — это по-настоящему кладезь потенциально полезных бактерий для самых различных приложений.
— Северные территории могут дать неожиданных продуцентов антибиотиков, к которым микробы долго не смогут выработать устойчивость. Это связано с изолированностью арктических бактериальных сообществ и их неизвестностью для патогенов, распространенных в регионах, населенных людьми, — считает старший научный сотрудник лаборатории биологически свободного окисления НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Павел Назаров.
Он объяснил, что фармацевтические компании будут заинтересованы в изыскании таких микроорганизмов, поскольку создание антимикробных препаратов требует значительных вложений, и чем больше срок сохранения эффективности препарата, тем более выгодны инвестиции.
При этом он отметил, что сроки развития резистентности к антибиотикам в бактериальной среде зависят от того, насколько интенсивно и правильно применяется то или иное средство. Поэтому при разработке нового препарата и выводе его на рынок нужно обеспечить надежный контроль за его употреблением.
