Ученые ТюмГУ нашли способ побороть неизлечимые инфекции

0

Устойчивые к антибиотикам бактерии появлялись на Земле еще до их применения человеком

Исследователи из Тюменского государственного университета (ТюмГУ) развивают новый способ борьбы с микроорганизмами, невосприимчивыми к воздействию антибиотиков. Такие патогены ведут к гибели от самых простых заболеваний, которые раньше излечивались за неделю.

Ученые считают, что спасти человечество от нечувствительных к антибиотикам штаммов можно с помощью препаратов, которые основаны на антимикробных пептидах. О том, как эти вещества смогут решить проблему, назревшую еще 40 лет назад, URA.RU рассказал кандидат биологических наук и заведующий лабораторией Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) ТюмГУ Алексей Васильченко.

Различные антибиотики с разной скоростью приводят к появлению устойчивых к ним штаммов

— Почему бактерии начали получать защиту от антибиотиков?

— Сопротивляемость микроорганизмов к антибиотикам — это явление, связанное с ростом населения, так как он одновременно ведет к увеличению потребления антибиотиков. В природе защита одних микроорганизмов от других за счет продукции антибиотиков и выработки к ним устойчивости — абсолютно нормальное явление. Исследования Арктики и других мест на Земле, где нет людей, показали, что даже среди местных микроорганизмов распространены гены устойчивости к известным антибиотикам.

— Как именно патогены защищаются от действия антибиотиков?

— У многих бактерий, даже непатогенных, уже есть способы избежать пагубного действия антибиотиков. Есть универсальные механизмы. Это клеточные насосы, откачивающие токсичные для клеток вещества в окружающую среду. А есть специфические для конкретных антибиотиков. Например, есть ферменты расщепляющие молекулы пенициллина.

— Как быстро они вырабатывают методы борьбы с нашими лекарствами?

— Все зависит от конкретного антибиотика, это может происходить быстрее или медленнее. Каждая новая молекула потенциального фармацевтического антибиотика исследуется на способность вызывать устойчивость у микроорганизмов. К каким-то веществам они вырабатывают устойчивость уже через 10 поколений, а к другим не адаптируются через 50. Предполагается, что многие антимикробные пептиды, в отличие от антибиотиков других химических классов, действуют так эффективно, что уничтожают все клетки в микробной популяции, не оставляя шансов на отбор устойчивых клонов.

— Что такое антимикробные пептиды, если говорить простым языком?

— Пептиды — это последовательность комбинаций аминокислот определенной длины. Определенные аминокислоты меняют физико-химические свойства всей цепочки и наделяют ее антимикробными свойствами. Например, аминокислоты лизин, фенилаланин, гистидин и аргинин определяют электростатическое взаимодействие пептида с поверхностью бактерий.

Биологическое происхождение и способность подавлять микроорганизмы в малых концентрациях делают антимикробные пептиды полноценными антибиотиками. Пептидные антибиотики бактериального происхождения известны человечеству с 50-х годов, но в последние лет 30 антимикробные пептиды животного происхождения стали рассматриваться как их альтернатива. Такие антимикробные пептиды отличаются наибольшим разнообразием среди природных источников. На втором и третьем месте расположились бактерии и растения как источники антимикробных пептидов.

— Откуда микробиологи их берут?

— Микробиологи получают их от химиков, которые синтезируют пептиды искусственно или выделяют из природных источников. Антимикробные пептиды играют в природе роль защиты организма от чужеродных агентов. Так микроорганизмы на поверхности нашей кожи вырабатывают антибиотики, чтобы помешать проникновению в организм патогенов. А если они все-таки преодолели этот барьер и попали в ткани, то клетки кожи и крови также имеют в своем арсенале пептиды, подавляющие патогенные микробы. Такая стратегия свойственна почти всем живым существам.

— В чем преимущество антимикробных пептидов по сравнению с традиционными антибиотиками?

— Антимикробные пептиды крайне эффективны в лабораторных исследованиях против различных микроорганизмов и опухолей. Действуя на самое важное в клетке — клеточные оболочки — пептиды не оставляют патогенам больших шансов на выработку устойчивости. Что же тогда ограничивает массовое появление в аптеках новых препаратов? Высокая стоимость за единицу препарата на основе пептидов и способность живых организмов разрушать пептидные молекулы.

— Есть ли уже сегодня препараты, созданные на основе антимикробных пептидов?

— Они есть, но их очень мало. Ванкомицин, колистин, полимиксин, даптомицин — пептидные антибиотики, применяемые в медицине уже не один десяток лет. Антимикробный пептид низин, продуцируемый лактобактериями, используется в России почти 30 лет как пищевой консервант Е234. Сегодня клинические исследования проходят 27 различных пептидов, но десяток других все-таки провалили тесты.

— Чем конкретно в сфере антимикробных пептидов занимается ваша лаборатория?

— Основным направлением в работе нашей лаборатории являются разработки в области биотехнологии защиты растений и увеличение их продуктивности. Это связано с исследованиями антибиотиков, поскольку такие вещества во многом определяют защитный потенциал биопестицидов. Также нашим коллективом заканчивается выполнение работ по гранту, посвященному исследованию устойчивости бактерий к новому липогликопептидному антибиотику.

— Можно ли как-то еще решить проблему невосприимчивости бактерий к антибиотикам?

— Сегодня ученые заняты не только поиском новых антибиотиков, но и созданием новых модификаций уже существующих препаратов. Необходимость снизить токсичность антибиотиков для человека или уменьшить бактериальную защиту от них вовлекает в этот процесс химиков. На выходе мы получаем новое поколение антибиотиков. Поэтому вместо пенициллина мы используем сейчас его аналог — ампициллин. Большинство синтетических антибиотиков имеют в своей основе природные молекулы.

Если вы хотите сообщить новость, напишите нам

Более ста тысяч россиян читают наши новости в Telegram! Присоединяйтесь и вы – подписывайтесь на канал URA.RU.

Исследователи из Тюменского государственного университета (ТюмГУ) развивают новый способ борьбы с микроорганизмами, невосприимчивыми к воздействию антибиотиков. Такие патогены ведут к гибели от самых простых заболеваний, которые раньше излечивались за неделю. Ученые считают, что спасти человечество от нечувствительных к антибиотикам штаммов можно с помощью препаратов, которые основаны на антимикробных пептидах. О том, как эти вещества смогут решить проблему, назревшую еще 40 лет назад, URA.RU рассказал кандидат биологических наук и заведующий лабораторией Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) ТюмГУ Алексей Васильченко. — Почему бактерии начали получать защиту от антибиотиков? — Сопротивляемость микроорганизмов к антибиотикам — это явление, связанное с ростом населения, так как он одновременно ведет к увеличению потребления антибиотиков. В природе защита одних микроорганизмов от других за счет продукции антибиотиков и выработки к ним устойчивости — абсолютно нормальное явление. Исследования Арктики и других мест на Земле, где нет людей, показали, что даже среди местных микроорганизмов распространены гены устойчивости к известным антибиотикам. — Как именно патогены защищаются от действия антибиотиков? — У многих бактерий, даже непатогенных, уже есть способы избежать пагубного действия антибиотиков. Есть универсальные механизмы. Это клеточные насосы, откачивающие токсичные для клеток вещества в окружающую среду. А есть специфические для конкретных антибиотиков. Например, есть ферменты расщепляющие молекулы пенициллина. — Как быстро они вырабатывают методы борьбы с нашими лекарствами? — Все зависит от конкретного антибиотика, это может происходить быстрее или медленнее. Каждая новая молекула потенциального фармацевтического антибиотика исследуется на способность вызывать устойчивость у микроорганизмов. К каким-то веществам они вырабатывают устойчивость уже через 10 поколений, а к другим не адаптируются через 50. Предполагается, что многие антимикробные пептиды, в отличие от антибиотиков других химических классов, действуют так эффективно, что уничтожают все клетки в микробной популяции, не оставляя шансов на отбор устойчивых клонов. — Что такое антимикробные пептиды, если говорить простым языком? — Пептиды — это последовательность комбинаций аминокислот определенной длины. Определенные аминокислоты меняют физико-химические свойства всей цепочки и наделяют ее антимикробными свойствами. Например, аминокислоты лизин, фенилаланин, гистидин и аргинин определяют электростатическое взаимодействие пептида с поверхностью бактерий. Биологическое происхождение и способность подавлять микроорганизмы в малых концентрациях делают антимикробные пептиды полноценными антибиотиками. Пептидные антибиотики бактериального происхождения известны человечеству с 50-х годов, но в последние лет 30 антимикробные пептиды животного происхождения стали рассматриваться как их альтернатива. Такие антимикробные пептиды отличаются наибольшим разнообразием среди природных источников. На втором и третьем месте расположились бактерии и растения как источники антимикробных пептидов. — Откуда микробиологи их берут? — Микробиологи получают их от химиков, которые синтезируют пептиды искусственно или выделяют из природных источников. Антимикробные пептиды играют в природе роль защиты организма от чужеродных агентов. Так микроорганизмы на поверхности нашей кожи вырабатывают антибиотики, чтобы помешать проникновению в организм патогенов. А если они все-таки преодолели этот барьер и попали в ткани, то клетки кожи и крови также имеют в своем арсенале пептиды, подавляющие патогенные микробы. Такая стратегия свойственна почти всем живым существам. — В чем преимущество антимикробных пептидов по сравнению с традиционными антибиотиками? — Антимикробные пептиды крайне эффективны в лабораторных исследованиях против различных микроорганизмов и опухолей. Действуя на самое важное в клетке — клеточные оболочки — пептиды не оставляют патогенам больших шансов на выработку устойчивости. Что же тогда ограничивает массовое появление в аптеках новых препаратов? Высокая стоимость за единицу препарата на основе пептидов и способность живых организмов разрушать пептидные молекулы. — Есть ли уже сегодня препараты, созданные на основе антимикробных пептидов? — Они есть, но их очень мало. Ванкомицин, колистин, полимиксин, даптомицин — пептидные антибиотики, применяемые в медицине уже не один десяток лет. Антимикробный пептид низин, продуцируемый лактобактериями, используется в России почти 30 лет как пищевой консервант Е234. Сегодня клинические исследования проходят 27 различных пептидов, но десяток других все-таки провалили тесты. — Чем конкретно в сфере антимикробных пептидов занимается ваша лаборатория? — Основным направлением в работе нашей лаборатории являются разработки в области биотехнологии защиты растений и увеличение их продуктивности. Это связано с исследованиями антибиотиков, поскольку такие вещества во многом определяют защитный потенциал биопестицидов. Также нашим коллективом заканчивается выполнение работ по гранту, посвященному исследованию устойчивости бактерий к новому липогликопептидному антибиотику. — Можно ли как-то еще решить проблему невосприимчивости бактерий к антибиотикам? — Сегодня ученые заняты не только поиском новых антибиотиков, но и созданием новых модификаций уже существующих препаратов. Необходимость снизить токсичность антибиотиков для человека или уменьшить бактериальную защиту от них вовлекает в этот процесс химиков. На выходе мы получаем новое поколение антибиотиков. Поэтому вместо пенициллина мы используем сейчас его аналог — ампициллин. Большинство синтетических антибиотиков имеют в своей основе природные молекулы.