Фторид на помощь? Решение проблемы устойчивых к антибиотикам бактерий

Ученые давно осознают опасность чрезмерного использования антибиотиков и растущее число устойчивых к ним микроорганизмов. Проблема касается не только медицины, но и биотехнологий, где антибиотики используются как инструмент отбора в лабораториях.

"В биотехнологии мы долгое время полагались на антибиотики и химический отбор, чтобы убить нежелательные клетки", — говорит химический инженер UCSB Мишель О'Мэлли. — "Если у нас есть генетически модифицированная клетка, мы даем ей ген устойчивости к антибиотику. Введение антибиотика убьет все немодифицированные клетки и позволит выжить только генетически модифицированным организмам (ГМО). Однако многие организмы эволюционировали, чтобы обойти наши антибиотики, и это растущая проблема".

Кроме того, существует проблема сдерживания ГМО. "Если ГМО вырвется из лаборатории и начнет размножаться в окружающей среде, невозможно предсказать, какие признаки он внесет в естественный биологический мир", — объясняет О'Мэлли.

Исследование, проведенное в лаборатории О'Мэлли и опубликованное в Nature Communications, предлагает простой метод решения обеих проблем: заменить антибиотики в лаборатории на фторид.

Фторид — довольно безвредное химическое вещество, которое в изобилии присутствует в окружающей среде, включая грунтовые воды. Однако он токсичен для микроорганизмов, которые эволюционировали ген, кодирующий экспортер фторида, защищающий клетки.

В статье описан процесс, разработанный бывшим аспирантом лаборатории Джастином Ю. Он использует метод гомологичной рекомбинации, чтобы сделать нерабочим ген в ГМО, кодирующий экспортер фторида. Такая клетка будет процветать в лаборатории, где используется дистиллированная вода без фторида, но если она попадет в природную среду, то погибнет при контакте с фторидом, предотвратив размножение.

"По сути, Джастин создал серию инструкций ДНК, которые позволяют клеткам выживать в присутствии фторида", — говорит О'Мэлли. — "Он заменяет ген устойчивости к антибиотику на ген этих экспортеров фторида".

Этот метод, который О'Мэлли охарактеризовала как "низко висящий плод", также решает экономическую проблему. "Создание антибиотикоустойчивых организмов — довольно дорогой процесс. Если вы проводите ферментацию на десять тысяч литров, добавление антибиотиков может стоить тысячи долларов". Использование фторида в низкой концентрации обойдется всего в около четырех центов за литр.

"Мы предпочли бы использовать такое химическое вещество, как фторид, которое относительно безвредно, широко распространено, дешево и может достичь того же, что и обычный антибиотик", — говорит соавтор работы Сузанна Сеппала.

Ю объяснил, что роль транспортеров фторида была выяснена лишь недавно, в 2013 году, когда начался этот проект. Новые подходы к биосдерживанию сосредоточены на использовании сложных систем, возможно, отвлекая внимание от этого более простого подхода.