Тибетские озера содержат бактерии, производящие антибиотики
Исследователи из Сколтеха и их коллеги из Китая и России обнаружили, что воды и почвы Тибетского нагорья изобилуют бактериями, производящими антибиотики. Хотя ни одно из выявленных командой противомикробных соединений не является новым для науки, находки вселяют надежду на фоне вспышки устойчивости бактерий, вызванной безответственным использованием лекарств.
Дальнейшее изучение удаленных и труднодоступных мест обитания в Тибете и других регионах может в конечном итоге привести к открытию новых антибиотиков. Результаты команды опубликованы в журналах Frontiers in Microbiology и Microorganisms.
Биомедицинское сообщество реагирует на устойчивость бактерий, продвигая ответственное использование лекарств и поиск новых препаратов.
«Есть два основных подхода к открытию антибиотиков, — говорит соавтор обоих исследований ассистент-профессор Сколтеха Дмитрий Лукьянов. — Один — просматривать химические библиотеки, обширные базы данных, содержащие сотни тысяч соединений, которые можно тестировать на антибиотическую активность. Этот поиск можно облегчить с помощью алгоритмов машинного обучения. Альтернатива — искать кандидаты в лекарства в природе, например, в почве, потому что обитающие там бактерии используют антибиотики для борьбы с другими бактериями».
Китайские соавторы исследований отправились в экспедицию на Тибетское нагорье и собрали образцы воды и почвы из ряда локаций, включая четыре соленых озера.
Методология исследования
- Культивирование и скрининг (Пекин): Образцы доставили в Beijing Key Laboratory of Antimicrobial Agents. Там исследователи культивировали их в питательной среде (культуральном бульоне). Полученные жидкие культуры тестировали на противомикробную активность. Штаммы бактерий, производящие антибиотические соединения, подвергли генетическому анализу, а затем испытали против клинически важных патогенных для человека бактерий.
- Анализ механизма действия (Сколтех): Сухие
экстракты культурных жидкостей, содержащих антибиотические соединения,
направили в Сколтех. Команда Дмитрия Лукьянова приступила к определению
механизмов противомикробного действия с помощью репортерной системы,
разработанной, в числе прочих, соавтором исследования профессором Петром
Сергиевым.
- Принцип работы системы: Система использует двойной
«репортерный штамм» бактерии E. coli, лишенный некоторых
защитных механизмов. Он позволяет различать соединения с двумя основными
механизмами действия:
- Подавление синтеза белка у бактерий.
- Воздействие на репликацию ДНК или транскрипцию РНК.
- Все остальные механизмы действия были отнесены к третьей группе.
- Процедура: Репортерный штамм культивировали на чашках Петри и подвергали действию тибетских экстрактов, а также контрольных стандартных антибиотиков. Сравнивая летальность анализируемых соединений с известными антибиотиками, команда определяла задействованный механизм.
- Принцип работы системы: Система использует двойной
«репортерный штамм» бактерии E. coli, лишенный некоторых
защитных механизмов. Он позволяет различать соединения с двумя основными
механизмами действия:
- Идентификация соединений: Для определения химического состава экстрактов использовали высокоточные аналитические методы — хроматографию и масс-спектрометрию.
Результаты
В экстрактах были идентифицированы известные антибиотики:
- Гедамицины и кидамицины — в воде соленых озер.
- Рифамицины — в образцах тибетской почвы.
«Хотя соединения этих семейств являются известными антибиотиками, их присутствие в таких удаленных регионах и на такой высоте над уровнем моря — не то, что можно было бы легко предположить, — комментирует Лукьянов. — Там могут скрываться и другие, незнакомые антибиотики. И, возможно, в следующий раз нам повезет их найти».
Исследование подчеркивает потенциал удаленных и труднодоступных регионов, таких как Тибет, в качестве перспективных источников для поиска новых противомикробных соединений.