Антибиотики из моря
Команда под руководством профессора Кристиана Йоглера из Йенского университета имени Фридриха Шиллера смогла культивировать в лаборатории несколько десятков морских бактерий, которым ранее уделялось мало внимания. Исследователи провели функциональную характеристику бактерий, что позволило систематически скринировать их на наличие активных веществ. Первые биоинформатические анализы и клеточно-биологические наблюдения указывают на потенциал для производства новых антибиотиков. Об этой работе сообщается в текущем выпуске журнала Nature Microbiology.
Почти три четверти всех клинически значимых антибиотиков являются природными веществами, производимыми бактериями. Однако доступные в настоящее время антибиотики теряют эффективность, а число устойчивых патогенов растёт. Существует острая потребность в новых антибиотиках, но сегодня для поиска активных веществ доступно менее одного процента известных видов бактерий. Остальные 99% считаются «некультивируемыми» и поэтому почти не изучаются.
Кроме того, способность производить антибиотики распределена среди бактерий неравномерно. «Талантливые продуценты — это в первую очередь микроорганизмы со сложным образом жизни, необычной клеточной биологией и большими геномами, — объясняет микробиолог Кристиан Йоглер. — Такие организмы производят антибиотические соединения и используют их в борьбе с другими бактериями за питательные вещества и места обитания». Любое место, где происходят такие микробиологические битвы за ресурсы и где питательных веществ мало, является перспективным для поиска потенциальных продуцентов антибиотиков.
Целенаправленное культивирование потенциальных продуцентов антибиотиков
Именно это и сделали Йоглер с командой. С помощью роботов-водолазов и научных дайверов они искали планктомицеты в общей сложности в 10 морских локациях. «Мы знаем, что планктомицеты живут в сообществах с другими микроорганизмами и конкурируют с ними за среду обитания и питательные вещества», — поясняет Йоглер, рассказывая, что делает эту группу бактерий интересной для исследователей.
Используя образцы из Средиземного, Северного, Балтийского и Чёрного морей, а также из Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов, учёным удалось создать чистые культуры 79 новых планктомицетов. «Эти чистые культуры вместе представляют 31 новый род и 65 новых видов», — добавляет ведущий автор доктор Сандра Виганд.
Неизвестное клеточное деление и антибиотический потенциал
Для характеристики вновь полученных чистых культур использовались биоинформатические и микроскопические методы. «Биоинформатический анализ был целостным по своему подходу», — говорит Виганд. Изучался как потенциал производства малых молекул, таких как антибиотики, так и процессы клеточной передачи сигналов. Последние являются мерой сложности микробного образа жизни и, следовательно, ещё одним указанием на производство антибиотиков. «Результаты этих анализов показывают, что вновь полученные планктомицеты обладают необычайно сложным образом жизни и имеют потенциал для производства новых антибиотиков», — добавила она.
В этом исследовании учёные смогли экспериментально подтвердить некоторые из своих биоинформатических анализов. Среди прочего они исследовали клеточную биологию выделенных планктомицетов. «Они делятся совсем не так, как все другие важные патогенные бактерии», — говорит Йоглер. Более того, исследование показывает неожиданные новые механизмы бактериального клеточного деления. Но прежде всего, работа предоставляет впечатляющие доказательства того, что якобы «некультивируемые» бактерии могут быть получены и охарактеризованы в чистой культуре.
По словам авторов исследования, многие аспекты их текущей работы могут быть перенесены на других потенциальных продуцентов антибиотиков. «Гипотезо-ориентированное культивирование и целостная характеристика необходимы для того, чтобы обнаружить нечто действительно новое и открыть новые терапевтические пути», — подчёркивает Йоглер. Профессор микробных взаимодействий рад, что нашёл идеальную среду для своих исследований в Йенском университете с его кластером передового опыта «Balance of the Microverse».