Глубоководные морские губки могут стать ключом к решению проблемы устойчивости к антибиотикам
Устойчивость к антибиотикам растет, и существует острая необходимость в разработке новых препаратов для лечения инфекционных заболеваний, представляющих серьезную угрозу для здоровья людей во всем мире. Исследователи из Института океанографии Харбор-Бранч Университета Флориды (FAU Harbor Branch) предложили возможное решение этой проблемы с использованием морских губок, собранных с океанских глубин.
Более 30 лет ученые FAU Harbor Branch собирали морские губки и другие макроорганизмы у восточного побережья США, в Мексиканском заливе, Карибском бассейне, а также в глубоких водах у берегов Европы и Африки, используя пилотируемые подводные аппараты. Многие из этих образцов содержат большие популяции микробов, некоторые из которых можно культивировать в лабораторных условиях. Коллекция морских микроорганизмов Харбор-Бранч насчитывает около 19 000 таких разнообразных микроорганизмов, причем 11 000 собраны с глубин более 45 метров. Коллекция содержит более 1000 штаммов актинобактерий — одной из самых продуктивных микробных групп по производству природных соединений. Актиномицеты производят более половины используемых в настоящее время антибиотиков.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Microbiology, ученые FAU Harbor Branch изучили 50 штаммов актинобактерий из этих морских образцов в поисках новых противомикробных агентов. Все эти штаммы были выделены из морских губок. Поскольку они были получены от различных видов губок, собранных в экологически и географически разнообразных местах, многие из них можно считать редкими актинобактериями.
Исследователи протестировали метаболиты образцов против панели бактериальных патогенов, которые являются частыми причинами внутрибольничных инфекций и входят в список наиболее серьезных угроз для здоровья человека. Панель патогенов включала Candida albicans, Staphylococcus aureus, метициллин-резистентный S. aureus (MRSA) и C. difficile — возбудителя опасной для жизни диареи, которая ежегодно вызывает 453 000 случаев заболевания и 29 000 смертей только в США.
Для исследования Годжун Ван, Питер Маккарти и их коллеги использовали соли редкоземельных элементов — эффективный и простой в использовании химический элиситор (стимулятор), — чтобы активировать «спящий» потенциал к выработке вторичных метаболитов у 50 изученных штаммов актинобактерий.
Результаты исследования показали, что более половины штаммов проявили противомикробную активность хотя бы в одном тесте, что указывает на потенциал этой группы актинобактерий для производства противомикробных природных соединений. Среди них были выявлены несколько штаммов с мощной противогрибковой активностью, активностью против MRSA, а также с двойной противогрибковой и антибактериальной активностью. Ключевым открытием стала идентификация штамма, который производит метаболиты, более эффективные против C. difficile, чем антибиотик ванкомицин.
«Мы обнаружили, что глубоководные микроорганизмы, особенно актиномицеты, являются привлекательным, неиспользованным источником для открытия противомикробных агентов», — сказал Ван. — «Кроме того, разнообразие микробов, которые мы использовали в этом исследовании, и их происхождение довольно новы. Самое захватывающее — это демонстрация важности использования элиситора в подобных исследованиях, поскольку 50% штаммов показали влияние элиситора на противомикробную активность».
Как Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), так и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовали списки приоритетных патогенов. В 2017 году CDC перечислил 18 угроз, связанных с лекарственно-устойчивыми бактериями, для США. Впервые ВОЗ включила 12 семейств бактерий в список наибольших угроз для здоровья человека.
«Морские природные соединения представляют собой все более привлекательный источник новых противомикробных агентов», — сказал Маккарти. — «Поиск новых таксонов в качестве новых источников имеет решающее значение, когда мы ищем новые агенты, но не менее важно найти способы раскрыть полный генетический потенциал этих микробов».
Исследователи находятся в процессе очистки и структурной идентификации дополнительных биологически активных химических веществ и определили геномные последовательности трех изученных штаммов. В настоящее время они анализируют и исследуют потенциальные биосинтетические кластеры генов и взаимосвязи «ген-соединение».
Инфекционные заболевания остаются серьезной угрозой для здоровья человека, вызывая миллионы смертей во всем мире, особенно в менее развитых в медицинском отношении странах и регионах. В 2016 году было зарегистрировано около 1,2 миллиона смертей от туберкулеза, 1,03 миллиона смертей от ВИЧ/СПИДа и 719 600 смертей от малярии. Эта ситуация значительно усугубляется распространением множественной лекарственной устойчивости. Несмотря на наличие таких терапевтических средств, как ванкомицин, метронидазол, фидаксомицин или нитазоксанид, из-за устойчивости к препаратам или их токсичности для микробиома кишечника, новые препараты, особенно узкого спектра действия, крайне необходимы.