Гонка вооружений с бактериями набирает обороты
Исследователи ищут новые пути борьбы с инфекцией в ответ на растущую резистентность к антибиотикам.
Автор: Сара Риардон
Больше 80 лет прошло с той поры, когда ученый Александр Флемминг открыл грибок продуцирующий пенициллин. Это открытие явилось прорывом, породившим многомиллиардную индустрию по производству антибиотиков. С новыми силами, исследователи изучают природу, в поисках других путей борьбы с инфекцией.
В настоящее время, синтез новых антибиотиков и злоупотребление существующими формами, могут привести к появлению смертоносной линии резистентных бактерий. «Нам необходимо изменить существующее положение дел», - говорит Стивен Бэйкер, возглавляющий отдел антибактериальной медицинской химии в Глаксо-Смитклин в Колледжвилле (Пенсильвания). Второго июня на ежегодной встрече Американского общества микробиологов, состоявшейся в Новом Орлеане (Луизиана), Бэкер также говорил о некоторой альтернативе антибиотикам. Сейчас, ученые исследуют другие возможности существующей терапии.
«Хищная» бактерия
Alfred Pasieka/Getty
Bdellovibrio bacteriovorus охотится на другую бактерию.
Бактерии не только вызывают инфекции, отдельные из них могут с ней бороться, нападая на своих коллег-микробов. Некоторые исследователи уже изучают эти «хищные» бактерии в моделях на животных и на культурах эпителиальных клеток.
В почве обитает самый известный вид – Bdellovibrio bacteriovorus. Он атакует бактерию-жертву, внедряясь между внутренним и внешним слоями мембраны клетки, а затем растит филаменты и реплицируется. «Это как пойти в ресторан, запереть за собой дверь и начать жевать», - говорит Дэниел Кадоури, бактериолог университета Рутгерса в Ньюарке (Нью-Джерси). В результате, размножившаяся Bdellovibrio bacteriovorus разрывает бактерию-хозяина и выбрасывается в окружающую среду.
Кадори и другие, так же изучают терапевтический потенциал другой «хищной» бактерии – Micavibrio aeruginosavorus. Команда так же создала разновидность кишечной бактерии - Escherichia coli, которая продуцирует пептид убивающий синегнойную палочку – микроорганизм вызывающий пневмонию.
Это предварительное исследование привлекает внимание, «Патогенные хищники» - проект агентства перспективных исследований министерства обороны США, целью которого является лечение солдат, контактирующих с инфекцией на поле боя. Объявлено о почти 16 миллионах долларов, которые будут направлены на исследовательские гранты группе изучающей «хищные» бактерии в течение этой недели (статья вышла 27 мая 2015 - примечание переводчика).
Антимикробные пептиды
Jim Abernethy/ National Geographic Creative
Пептиды выделенные от американского аллигатора могут пополнить арсенал антибактериальных средств.
Растения, животные и грибы имеют абсолютно разные иммунные системы, но все они производят пептиды – небольшие белки, которые разрушают бактерию. Пептиды таких, необычайно устойчивых к инфекции существ, как амфибии и рептилии, могут открыть новые горизонты терапии.
Пептиды, обладающие антибактериальной активностью выделенные от лягушек, крокодилов, кобр и некоторых других существ, были эффективны на культурах эпителиальных клеток и в заживлении ран у мышей. Эти пептиды, можно модифицировать, повысив их эффективность, и использовать их в клинических испытаниях. Один из них, так называемый «пексиганан», созданный на основе пептида выделенного из кожи лягушки, в настоящее время проходит III фазу клинических испытаний, как препарат для лечения диабетических язв стопы.
Препятствием, которое может помешать ученым, обеспечить поставку пептидных препараты на фармацевтический рынок, может явиться дороговизна синтеза этих препаратов.
Фаги
AMI Images/SPL
Фаги (окрашены в зеленый, атакуют бактерию) используются в клинике с 1920 года.
Фаги – вирусы, уничтожающие бактерии, являются наиболее длительно использующейся в клинике альтернативой антибиотикам. В 1920 году в Советском Союзе ученые начали разработку фаготерапии, бывшие советские страны продолжают эту традицию, по сей день.
Фаги имеют ряд преимуществ перед антибиотиками. Каждый фаг атакует только один тип бактерий, что дает возможность оставить безобидные (или полезные) бактерии невредимыми. Из-за того, что фаги распространены в природе, исследователи имеют готовую замену терапии, для любого штамма бактерии развившей резистентность.
Мзиа Кутателадзе, глава ученого совета института Элиава в Тбилиси (Грузия), говорит, что с резистентностью к антибиотикам в фаготерапевтические клиники восточной Европы, в большей степени обращаются пациенты с Запада. Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний США в Бэсезде (Мэрилэнд), внес фаги в список приоритетных путей преодоления кризиса антибиотикотерапии. Клинические испытания фаготерапии инфекций ассоциированных с лихорадкой, запланированы консорциумом европейских центров на это лето.
Генномоделирующие ферменты
MOLEKUUL/SPL
Исследователи надеются, что «сшитый» CRISPR поможет в уничтожении агрессивных бактерий.
CRISPR – редактирующий гены механизм, который устроил настоящий шторм в научном мире. Действие его основано на особенностях самозащиты многих бактерий от фагов. Ученые повернули систему в свою пользу, сделав так, что бактерия убивает саму себя.
В норме, бактерия распознает и уничтожает таких захватчиков, как фаги путем генерации короткоцепочечной РНК, которая соответствует определенной генетической последовательности в чужеродном корпусе. Этот обрывок РНК направлен на фермент Cas9, который уничтожает захватчиков, разрезая их ДНК.
В настоящее время, ученые синтезировали CRISPR – последовательность, которая нацелена на геномы специфичных бактерий. CRISPR «переключает» ту часть бактериальных генов, которая ответственная за резистентность к антибиотикам и, тем самым, убивает бактерию.
Металлы
Steve Gschmeissner/SPL
Ионы серебра используются в антимикробных препаратах, предназначенных для перевязки ран.
Металлы, такие как медь и серебро, с давних пор являются антимикробными препаратами. Они были известны при Гиппократе в 4м веке до нашей эры, как препараты для лечения ран и, задолго до этого, использовались древнеперсидскими королями, как средства для дезинфекции еды и воды. Только сейчас исследователи начали понимать, как металлы убивают бактерии.
Некоторые группы исследователей изучают использование наночастиц металлов. Хоть в теле человека они и присутствуют в небольших количествах, металлы могут быть высокотоксичными, поэтому использование их ограничивается мазями местного применения при кожных инфекциях.
Исключением является Галлий, токсичный для бактерий, которые совершают ошибку, путая его с железом, но при этом оказавшийся безопасным для людей, на которых он был протестирован как препарат, внутривенно вводимый для лечения легочных инфекций. Этим летом исследователи из университета Вашингтона в Сиэтле начнут II фазу клинических испытаний Галлия на 120 пациентах, больных кистозным фиброзом. Пилотные исследования показали, что металл проявляет умеренную активность в разрушении микробной пленки на поверхности легких, тем самым облегчая процесс дыхания пациентам.
Перевод: Елена Лисицына
