Химические соединения почвенных микробов — перспективные лекарства и инструменты для исследований

Профессор молекулярной генетики Чарльз Бун и его коллеги из Центра Доннелли считают, что микроорганизмы — неисчерпаемый источник новых лекарств. «Так много препаратов, которые мы используем сегодня, получены из микроорганизмов, — говорит Бун. — И потенциал еще огромен».

В течение последнего десятилетия Бун сотрудничает с профессорами RIKEN Минору Ёсидой и Хироюки Осадой в поиске новых соединений от микробов с потенциалом в качестве исследовательских инструментов и фармацевтических препаратов. Другой исследователь из Центра Доннелли, профессор Эндрю Фрейзер, также работает с командами RIKEN над поиском новых лекарств против паразитов.

Коллекция RIKEN

Центр устойчивых ресурсов RIKEN хранит крупнейшую в мире коллекцию природных соединений — около 40 000 химических веществ и их производных, произведенных в основном почвенными микробами и растениями, а также некоторых синтетических соединений. «Коллекция RIKEN исключительна, потому что содержит так много чистых природных продуктов», — говорит Бун.

Собранная командой Осады за последние 15 лет, медицинская потенциальная ценность подавляющего большинства соединений остается неисследованной. «Мы до сих пор не знаем, почему микробы производят эти соединения», — говорит Ёсида.

Традиции и открытия

Япония обладает богатыми ресурсами природных соединений благодаря давней традиции использования микробов в производстве продуктов питания и напитков (например, саке). Эта экспертиза позволила японским ученым во второй половине XX века открыть более 100 новых антибиотиков, а также противопаразитарный препарат-блокбастер ивермектин (Нобелевская премия 2015 года).

«Лекарственные применения естественным образом вытекали из использования микробов для ферментации пищи», — говорит Ёсида, чье открытие в 1990 году трихостатина А из бактерии Streptomyces трансформировало изучение эпигенетики.

Потенциал природных соединений

Согласно недавнему отчету, большинство одобренных лекарств происходят из природы или являются синтетическими молекулами, вдохновленными природными продуктами (например, антибиотики, циклоспорин).

Природные продукты часто становятся хорошими лекарствами, потому что они были «отточены» эволюцией для воздействия на живые клетки. Они, как правило, представляют собой крупные и структурно разнообразные молекулы, которые взаимодействуют со своими клеточными рецепторами более специфично, чем чисто синтетические препараты.

Несмотря на явный потенциал, фармацевтическая промышленность сместила фокус с природных соединений (которые также трудно очищать и синтезировать в промышленных масштабах) на поиск кандидатов среди больших библиотек синтетических химикатов. Бун считает это ошибкой.

Исследования и открытия

Исследование 2017 года команд Буна, Ёсиды и Осады показало, что коллекция RIKEN содержит больше соединений, перспективных для медицины, чем несколько запасов синтетических химикатов. Они использовали масштабное применение платформы химической геномики на основе дрожжевых клеток, разработанной в лаборатории Буна.

Недавно постдок Шина Ли, работавшая в лаборатории Буна в RIKEN, обнаружила, что одно соединение из коллекции RIKEN действует как мощное противогрибковое средство, блокируя важный фермент в дрожжевых клетках. Это соединение перспективно для лечения устойчивых грибковых инфекций.

Учитывая все данные, исследователи идентифицировали около 50 продуктов с медицинским потенциалом. Следующий шаг — проверить, действуют ли эти химические вещества так же в человеческих клетках.

Борьба с паразитами

Эндрю Фрейзер ищет соединения, которые работают против кишечных паразитов (поражают около миллиарда человек в мире), но не вредят человеку. Поскольку паразиты становятся устойчивыми к лечению, включая ивермектин, новые препараты urgently needed.

Его команда разработала метод скрининга лекарств, нацеленных на необычный тип метаболизма, существующий только у паразитов (бескислородное производство энергии). Они используют червя C. elegans, «обманом» заставляя его использовать этот метаболизм, для поиска препаратов.

Любые кандидаты в лекарства будут нацелены только на червей, не причиняя вреда людям, у которых нет такой способности к энергетическому обмену.

Следующий шаг — проверить, есть ли в коллекции RIKEN соединения, действующие на эти мишени. «Коллекция природных продуктов RIKEN — как невероятное собрание сложных инструментов. Задача — выяснить, на какие мишени воздействует каждое соединение и как мы можем использовать их для уничтожения патогенов и улучшения здоровья», — говорит Фрейзер.