Хищные бактерии как новый «живой» антибиотик
Устойчивость к антибиотикам — одна из самых острых проблем медицины. Учёные из Южной Кореи предлагают уникальный подход: использовать бактерии для борьбы с бактериями.
До открытия пенициллина в 1928 году миллионы жизней уносили относительно простые микробные инфекции. С тех пор антибиотики преобразили медицину. По оценкам ВОЗ, в среднем антибиотики добавляют 20 лет жизни каждому человеку. Однако их чрезмерное использование привело к эволюции устойчивости у бактерий и появлению неизлечимых супербактерий.
Исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) предлагают бороться с огнём огнём, используя хищные бактерии, способные атаковать другие бактерии, не повреждая человеческие клетки. «Бактерии, поедающие бактерий. Как это круто?» — говорит руководитель группы профессор Роберт Митчелл.
Фиолетовое оружие: виолацеин
Команда также разрабатывает природное соединение виолацеин для борьбы со Staphylococcus — группой из примерно 30 бактерий, вызывающих кожные инфекции, пневмонию и заражение крови. Некоторые из них, например MRSA (метициллин-резистентный Staphylococcus aureus), устойчивы к антибиотикам.
Виолацеин — это так называемый бисиндол: метаболит, который производят бактерии путём конденсации двух молекул триптофана (незаменимой аминокислоты). Это соединение ярко-фиолетового цвета интересует учёных своими противораковыми, противогрибковыми и противовирусными свойствами. Исследования показали, что в правильных дозах он может останавливать размножение бактерий и даже убивать мультирезистентный Staphylococcus aureus. Он также хорошо работает в сочетании с существующими антибиотиками.
Команда Митчелла выделила из лесной почвы близ Ульсана бактериальный штамм D. violaceinigra NI28. С помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) они показали, что этот штамм способен производить большое количество сырого виолацеина. Сейчас они сотрудничают с производителем тканей Yeejoo Co., Корейским институтом керамических технологий и командами из Турции и Румынии для создания антибактериальных тканей, пропитанных виолацеином, которые эффективно убивают S. aureus.
Бактерия-хищник: Bdellovibrio bacteriovorus
Другое направление работы — хищная бактерия Bdellovibrio bacteriovorus. Это облигатный хищник бактерий, обычно обитающий в речной воде или почве. Она атакует и проникает внутрь бактерии-жертвы, чтобы выжить, растёт и многократно делится. Оказавшись внутри, она поедает хозяина изнутри. Насытившись, она разрывает клеточную мембрану бактерии-хозяина и выходит наружу, готовая к новой атаке. Предыдущие исследования показали, что B. bacteriovorus не вредит человеческим клеткам и может атаковать более 100 различных бактериальных патогенов.
Как индол мешает хищнику
Исследователи изучили, как на хищническую способность B. bacteriovorus влияет индол — известный метаболит, производимый E. coli и многими другими бактериями. Индол регулирует различные биологические функции, например, стабильность малых молекул ДНК, а также действует как сигнальная молекула для «общения» между бактериальными сообществами.
Учёные проверили хищническую способность B. bacteriovorus, устроив в колбах бактериальный гладиаторский поединок. Они сталкивали различные бактерии с B. bacteriovorus и искусственно добавляли разные концентрации индола. Оказалось, что в присутствии индола B. bacteriovorus атакует E. coli (распространённый штамм, вызывающий пищевые отравления, инфекции и лихорадку) гораздо медленнее. Чтобы убедиться, что на отношения хищник-жертва не влияет собственное производство индола E. coli, они также протестировали хищническую способность на Salmonella (вызывающей пищевое отравление и не производящей индол). Результат был тот же: в высоких концентрациях индол даже блокирует и полностью предотвращает атаку хищных бактерий.
Профессор Митчелл надеется, что это исследование — шаг к пониманию того, как можно использовать и контролировать B. bacteriovorus для атаки на конкретные болезнетворные бактерии, избегая при этом «хороших» бактерий, необходимых для выживания. Это может помочь в дальнейшей разработке «живых антибиотиков».