Учёные из Сколтеха и их российские и китайские коллеги обнаружили, что в почвах и солёных озёрах Тибетского нагорья обитают бактерии, вырабатывающие антибиотики. Хотя все найденные вещества уже известны науке, их обнаружение даёт надежду, что рано или поздно анализ изолированных микробных сообществ Тибета или других экзотических регионов обеспечит человечество новыми антибиотиками. Эффективность имеющихся препаратов падает из-за их бесконтрольного приёма, который приводит к развитию устойчивости к антибиотикам у болезнетворных бактерий. 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 растёт.

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 малонаселённые места. Такие как Тибет.

Во время экспедиции на Тибетское нагорье китайские соавторы исследователей из Сколтеха собрали образцы воды из четырёх солёных озёр и образцы почв.

Карта Тибетского автономного района Китая. Четырьмя треугольниками (▲) отмечены места забора образцов воды, а перевёрнытыми треугольниками (▼) — почв. На уменьшенной карте в рамке показано расположение Тибета (красный) относительно территории остальной части Китая (голубой). На четырёх спутниковых снимках справа — исследованные озёра. Источник: отредактированная графика из статей Шао Вэй Лю и др. в Microorganisms и Лифан Лю и др. в Frontiers in Microbiology

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. Её разработал совместно с коллегами соавтор обоих российско-китайских исследований Пётр 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 лишён 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, учёные 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 солёных озёр содержит хадамицины и кидамицины, а образцы тибетской почвы — рифамицины.

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