Микробы человека — богатый источник лекарств
Бактерии, в норме живущие в нас и на нас, обладают генетическими программами для производства тысяч молекул, действующих подобно лекарствам. Некоторые из этих молекул могут стать основой для новых терапевтических средств для человека. К такому выводу пришли исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), опубликовавшие свои открытия 11 сентября 2014 года в журнале Cell.
Открытие нового антибиотика
Учёные очистили и определили структуру одной из идентифицированных молекул — антибиотика, названного лактоциллином. Его производит обычный вид бактерий Lactobacillus gasseri, входящий в состав микробного сообщества влагалища. Этот антибиотик близок к другим, уже проходящим клинические испытания в фармкомпаниях. Лактоциллин убивает несколько патогенных бактерий влагалища, но не трогает виды, безвредно обитающие там.
Лекарства от наших собственных микробов
Этот пример указывает на потенциально важную роль множества природных лекарств, производимых нашей собственной микробиотой, в поддержании здоровья человека. Об этом заявил старший автор исследования Майкл Фишбах, PhD, доцент кафедры биоинженерии Школы фармации UCSF.
«Мы привыкли думать, что лекарства разрабатываются фармкомпаниями, одобряются FDA и назначаются врачами. Но теперь мы понимаем, что множество препаратов аналогичной силы и специфичности производится микробиотой человека», — сказал Фишбах.
Около трети всех лекарств, используемых в клинике, происходят от микробов и растений, включая антибиотики (пенициллин), многие препараты для химиотерапии рака и средства для снижения холестерина. Однако поиск таких молекул долго шёл в глубинах океанов и экзотических почвах, и лишь теперь учёные начали изучать наши собственные организмы.
Анализ геномов микробиома
В теле человека сотни видов бактерий и тысячи различных штаммов, которые различаются у разных людей и в разных частях тела. Благодаря проекту Human Microbiome Project Национальных институтов здоровья (NIH) и другим исследованиям начато описание микробиомов (экосистем из множества видов) кишечника, кожи, носовых ходов, рта и влагалища. Однако идентификация молекул, управляющих взаимодействием микробов с организмом человека, отставала.
Команда Фишбаха разработала новый программный алгоритм ClusterFinder, использующий принципы машинного обучения. Он анализирует генетические данные на основе уже известных взаимосвязей между генных кластерами у почвенных и морских бактерий и производимыми ими молекулами.
Результаты исследования
С помощью ClusterFinder команда впервые системно проанализировала геномы видов микробиома и данные об активности генов в образцах человека. Было идентифицировано 3118 различных кластеров бактериальных генов, обнаруженных в разных частях тела. Эти генные кластеры кодируют ферменты — молекулярные фабрики для производства специфичных лекарственно-подобных молекул, относящихся к известным классам фармацевтических средств.
Исследование показывает, что обычный анализ на уровне рода для идентификации бактерий в микробиоме недостаточно детален, чтобы предсказать, какие лекарственно-подобные молекулы они производят. Отдельные виды и разные штаммы внутри вида различаются по производимым молекулам.
«Нам нужно выяснить, что это за молекулы и как они действуют. Это может представлять собой пул соединений со множеством заманчивых кандидатов для лекарственной терапии», — отметил Фишбах.
Это открытие позволяет на молекулярном уровне объяснить, почему изменения в микробиоме человека оказывают такое интересное влияние на организм хозяина.