Ускоренный поиск новых антибиотиков и диагностика патогенов

Комбинация двух инновационных технологий — разработанной в Northeastern Славой Эпштейном и в Broad Institute Полом Блейни — может ускорить как открытие новых антибиотиков, убивающих патогены без встречи с резистентностью, так и диагностику конкретных болезнетворных микроорганизмов для быстрого целенаправленного лечения.

Новая система, описанная в журнале Nature Communications, соответствует Национальному плану действий по борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериям, который призывает к отслеживанию резистентности патогенов с помощью секвенирования ДНК. Секвенирование раскрывает все особенности патогена, включая гены, кодирующие соединения, убивающие другие бактерии (кандидаты в новые антибиотики), или обеспечивающие его выживание при атаке (источник устойчивости к антибиотикам).

Платформа для микроскопических объёмов

Новая система «лаборатория-на-чипе» позволяет анализировать гораздо больше патогенов за рекордное время и с меньшими затратами, включая множество ранее недоступных для анализа микроорганизмов.

• Технология Блейни (Broad Institute) автоматизирует подготовку ДНК к секвенированию, используя минимальные объёмы жидких образцов (микролитры и пиколитры) на основе микрофлюидики.
• Устройство iChip Эпштейна значительно расширяет возможности этой технологии. Оно изолирует и выращивает небольшие колонии отдельных бактериальных клеток в их естественной почвенной среде, давая доступ к 99% почвенных микроорганизмов, которые не растут в лаборатории («микробной тёмной материи»).

«Платформа устраняет узкое место в секвенировании генома — подготовку самой ДНК», — говорит Слава Эпштейн. Новая система сокращает требуемое количество ДНК в 100 раз. Достаточно даже 10 000 клеток для получения превосходного анализа.

Преодоление кризиса резистентности

Раньше новые антибиотики открывали, исследуя почвенные бактерии, выращенные в лаборатории. Сегодня многие бактерии (например, Staphylococcus aureus) приобрели устойчивость. Поскольку ресурс культивируемых бактерий практически исчерпан, компания Novobiotic Pharmaceuticals с помощью iChip исследует «микробную тёмную материю». Там уже был открыт новый антибиотик тейксобактин, убивающий патогены без встречи с резистентностью.

«С этой платформой мы можем проводить высокопроизводительный скрининг геномов как культивируемых, так и ранее некультивируемых бактерий», — говорит Эпштейн. В работе описаны успехи в быстром и точном секвенировании как известных патогенов (Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa), так и новых почвенных микроколоний с iChip.

Значение для медицины

Система решает критическую проблему, отмеченную в отчёте по борьбе с устойчивостью к антибиотикам: у CDC есть большой репозиторий патогенов, но немногие из них секвенированы.

Благодаря очень малым образцам, система может обеспечить быстрое тестирование у постели больного для диагностики конкретного патогена и определения его устойчивости к антибиотикам.

Авторы заключают: «Представленный метод подготовки образцов с высокой пропускной способностью и точностью предназначен для масштабного внедрения в прецизионную медицину, геномный надзор, отслеживание резистентности и открытие новых организмов/природных соединений».