Бактерії зруйнують зсередини, відключать їх SOS-систему і втоплять в грязі
Фото: aimbiomedical.com
За даними Британського міністерства охорони здоров'я, щорічно в країнах Євросоюзу через бактеріальних інфекцій, з якими не впоралися антибіотики, вмирає 700 тис. Осіб. А до 2050 року їх число зросте до десяти мільйонів. Проблема антибиотической резистентності набуває масштабів глобальної катастрофи. І це при тому, що в останні 20 років роки нових препаратів, здатних ефективно боротися з бактеріями, вчені створити не зуміли.
За словами аналітика з біомедичної організації Wellcome Trust Тіма Джинкс, що досліджує лікарсько-стійкі інфекції, резистентність бактерій до антибіотиків - це проблема еволюції. При використанні таких ліків в організмі у пацієнта гинуть майже всі бактерії. Але ті, що вижили, найсильніші, набагато краще чинять опір дії препаратів. Потім ці стійкі мікроорганізми розмножуються, і наступне їх покоління стає ще більш стійким. Резистентність бактерій обумовлена також тим, що антибіотики занадто часто і неадекватно застосовуються як в медицині, так і ветеринарії і навіть в тваринництві. Адже не секрет, що багато фермерів для профілактики захворювання худоби додають в корм сильні антибіотики. Крім того, нерідко лікарі призначають пацієнтам антибіотики без необхідності і помиляються з дозуванням. В результаті бактерії не гинуть, а навпаки, пристосовуються до ситуації, виживають і набувають стійкості до препаратів.
Фахівці Центру з контролю і профілактики захворювань США склали список з 18 найпотужніших лікарсько-стійких бактерій. Серед них: метицилін - резистентний золотистий стафілокок, лікарсько-стійкі штами туберкульозу, гонореї, кишкової палички (E. coli) та інші. Боротися з такими бактеріями за допомогою антибіотиків особливо складно, оскільки у них дуже міцна клітинна стінка, що складається з двох мембран. Компонентів антибіотика необхідно проникнути через обидві мембрани, зберігши при цьому свій лікувальний ефект. Зробити це непросто, тому що існують препарати перед згаданими бактеріями часто безсилі.
Схоже, цю проблему, нарешті, вдалося вирішити об'єднаної групи
британських і китайських вчених. Результати їх дослідження опубліковані в журналі Nature. Використовуючи надпотужний світло, дослідники вивчили в найдрібніших деталях клітинні стінки грамнегативної (резистентної до антибіотиків) бактерії кишкової палички E. Coli. Зовнішня мембрана грамнегативної бактерії захищає клітину від небезпечних для неї речовин, включаючи багато антибіотиків, і в той же час забезпечує обмін з навколишнім середовищем поживними речовинами і продуктами метаболізму. Особливу увагу вчені приділили так званим бактеріальним воріт зовнішньої мембрани, пропускає, або навпаки, блокує проникнення всередину бактерії хімічних речовин.
Як з'ясувалося, ці ворота складаються з бета-структурованого білка BAM (beta-barrel assembly machinery) . Це своєрідний канал, який, крім усього іншого, живить бактерію. Якщо його блокувати, вірус загине. Саме на основі цього відкриття можна буде створити нове покоління антибіотиків. За словами провідного автора дослідження, професора Чанцзяна Дуна з Університету Східної Англії, білки BAM виключно важливі, і якщо їх зруйнувати, можна вбити грамнегативнібактерії. А оскільки ВАМ знаходиться на зовнішній стороні стінки мікроорганізму, на нього можна впливати за допомогою препаратів, не проникаючи для цього крізь мембрану. Компоненти антибіотика будуть просто закріплюватися на цьому білку, порушуючи його роботу: синтез клітинних стінок припиниться, і бактерія загине.
Це радикально новий підхід до подолання бактеріальної резистентності: до того намагалися створити ліки, здатні знищити бактерію цілком, що зробити досить проблематично, а в нинішніх умовах практично нереально. Нова ж технологія дозволить зруйнувати мікроорганізм зсередини.
Є і ще одна перспективна розробка, що обіцяє перемогти бактерії. У вересні минулого року престижну наукову премію Фонду Ласкеров отримала Евелін Віткін з Рутгерского університету. Вивчаючи мутацію генів у бактерій, вона з'ясувала, що пошкодити ланцюжок ДНК можуть радіація, ультрафіолетове випромінювання і деякі хімічні речовини. Як в бактеріях, так і в організмі людини є так звана SOS-система, яка оперативно виправляє такі пошкодження. Особливі ферменти визначають дефектну ділянку ДНК, замінюють його новим шляхом синтезу нової послідовності нуклеотидів. Але коли SOS-система дає збої, пошкоджену ділянку ДНК відновитися не може, що призводить до виникнення різних захворювань, в тому числі онкологічних.
SOS-система не тільки виконує репараційні функції, але і сприяють еволюції бактерій, їх пристосуванню до нових умов існування. Справа в тому, що пошкоджена ланцюжок відновлюється з невеликими похибками, зумовленими в тому числі, новими потребам організму, умовами нового середовища. Ідея Евелін Віткін полягає в тому, що якщо відключати SOS-систему бактерії, то вона просто загине. Таким чином вирішиться проблема резистентності до антибіотиків, причому немедикаментозним способом.
Великі надії вчені покладають і на новий антибіотик Teixobactin, який знайшли фахівці з Північно-Східного університету Бостона. Його виявили в незвичайних бактеріях, які живуть в грязі. Вчені вже провели ряд випробувань на мишах і препарат вилікував гризунів від важких інфекцій, не надавши жодного побічного ефекту (на відміну від усіх наявних аналогів). Новий антибіотик в лабораторних умовах легко впорався з важкими штамами туберкульозу, різними типами стрептокока, стафілокока і навіть поборов сибірську виразку. До його складу входять особливі компоненти, потенційно здатні допомогти людству подолати навіть рак. Очолив розробку професор Кім Льюїс розповідає, що Teixobactin вдалося виростити в пробірках, тоді як жодну з усіх корисних для людства бактерій неможливо отримати в лабораторних умовах.
Teixobactin радикально відрізняється від всіх інших антибіотиків типом дії. Вбиваючи бактерії, він блокує жирові молекули, які необхідні для побудови стінок клітини, позбавляючи таким чином мікроорганізми шансів на зміну і опір. І навіть якщо вони зміняться, бактерії все одно не повинні розвинутися в захворювання. Препарат запобігають ріст мікроорганізмів і пригнічують їх розподіл, тому до нього вкрай складно розвинути стійкість. Вона може з'явитися хіба що через десятиліття після застосування антибіотика. Препарат поки не пройшов випробування на людях, тому не відомо, як на нього відреагує людський організм.
Більше про наукові розробки читайте в рубриці Техно
