• ScientaeVulgaris

Антибиотики будущего или будущее без антибиотиков?

Пост обновлен окт. 21

Когда-нибудь видели в новостях фразу вроде: “Скрестив верблюда и ученого, ученые изобрели новый вид антибиотиков, и теперь мир спасен”? Или что-то вроде: “Новая супербактерия была найдена учеными на дне кулера в лаборатории, она показала им миниатюрную жопу со жгутиком и заодно продемонстрировала резистивность ко всем известным лекарствам.. мир обречен, верблюды бессильны”. Весь этот желтушный бред, собираемый в агрегаторах новостей и дешевых сми, способен запутать кого угодно. А интереснейшую историю открытия антибиотиков и нашего бесконечного противостояния микромиру потом приходится расхлебывать на форумах вроде Ученые против Мифов. Ну или читать в веселом изложении SV.

И ведь, положа руку на коленку ближайшему научному сотруднику, тема-то интересная, важная. Необходимая к популяризации. Бактерии они ведь совсем как мы, только одноклеточные и без интернета. И войны, и штучные микроубийства, и революции, и противостояние, и химическое оружие - всё у них своё. Как и свои болезни, свои вирусы, своя жрачка и отравления. А их история и эволюция? В нелегких перипетиях судьбы и нашем с бактериями будущем разбирается SV в очередной статье по вашим заказам.

Резонный вопрос - откуда всё началось. Антибиотики в смысле. Обычно классика истории медицины и научпопа сразу тычет вам в нос Александра Флеминга и его открытие пенициллина в 1928 году. Но и до Флеминга было чем заняться. Были болезни, и ученые работали не покладая ушей на подушку, не спя ночами, и ища способы спасти мир от миллиона патогенов. Так, в 1895 году Винченцо Тиберио опробовал экстракты плесени для лечения тифозных и холерных инфекций у кроликов. Всего годом спустя, в 1896 году, Б.Гозио выделил из грибка Penicillium brevicompactum микофеноловую кислоту, подавляющую рост бактерий сибирской язвы. В 1899-ом году Р. Эммерих и О.Лоу сообщили об антибиотическом соединении, образуемом бактериями Pseudomonas pyocyanea. Назвали его пиоцианазой, и это был неплохой общий антисептик. В общем, Флеминг не отец антибиотиков и уж точно не мать. Антибиотики были не только до Флеминга, но и до появления людей вообще.

Слева Тиберио, справ Флемминг:

К примеру, род бактерий Стрептомицет. Около 700 видов этих бактерий населяют почву и морскую воду. Каждый божий день их жизни проходит в безумных химических войнах друг против друга и сотен других видов бактерий. Чтобы неизменно выходить победителями и не вымереть, они обзавелись сложным вторичным обменом веществ. Вторичный он потому, что не является прямо необходимым, как например пищеварение, а нужен для побочных процессов, как например запах у голубой кувшинки. Из продуктов их вторичной жизнедеятельности производят более двух третей всех известных антибиотиков природного происхождения (таких как неомицин, ципемицин, гриземицин, ботромицины и хлорамфеникол).

Популярный в настоящее время стрептомицин также берет свое название непосредственно от Streptomyces. Даже ивермектин, необходимый нам для спасения от паразитов, делают не без труда S. avermitilis. Да-да, почти всё что у нас есть - продукт чужой войны и чужой конкуренции. Плесени или бактерии, они пытаются выжить, подвинув других, и производят для этого какой-нибудь яд. Это как пукнуть в столовке, чтобы сократить очередь. Лайфхаки от SV, ага. По сути всё, что у нас есть в борьбе с бактериями, это то, что мы подсмотрели и скопипастили. Круто, да? Или нет.

Как выйти за пределы этого готового мира? Избавиться от копипасты и изобрести что-то принципиально новое. На самом деле, первое, что пришло в голову людям, тоже было подсмотрено в уже готовой вселенной. Да и не то что во вселенной...

Как сказал Брэд Рингейзен, эта фишка встречается практически во всех экосистемах на Земле, (Брэд Рингейзен, заместитель директора Бюро биологических технологий в Агентстве перспективных исследований в области обороны). Поэтому ответ звучит так: найдем хищника! Если точнее, хищную бактерию.

Далеко искать не надо, бактерии даже внутри нас живут, и сегодня крупнейшие исследования на этот счет финансирует DARPА. Целью научного изыскания является выведение супербактерии, способной жрать другие патогены и искоренять бактериальные инфекции легких, чуму, и смертельные микробы, которые выработали устойчивость к антибиотикам. Звездой этого шоу является организм под названием Bdellovibrio - бактерия, которая быстро носится с помощью продвинутого жгутика по всему живому и может убивать бактерии в 6 раз больше неё.

Bdellovibrio способна успешно охотиться на 145 из 168 человеческих патогенных микроорганизмов, на которых проводили тесты. Bdellovibrio использует свой жгутик для перемещения и поиска жертвы - он жесткий и вращается, что дает бактерии возможность подплыть к добыче. Затем она сцепляется с поверхностью, проникает внутрь и съедает клетку изнутри. Лиз Сокетт, профессор бактериальной генетики в Ноттингемском университете в Великобритании, описывая механизм слипания рассказывает, что это больше похоже на безумный абордаж с крюками и клеем. Так как процесс этой атаки ближе к нападению хищника, чем к тонкой химической войне, к нему невозможно развить иммунитет. Коллеги Лиз долгое время пытались выяснить перспективы существования таких охотников в эволюционном будущем.

Они брали бактерии, на которые охотились Bdellovibrio, и искали среди них выживших. Затем размножали их, и снова подселяли к ним Бделловибрио. Драма повторялась не менее 50 раз. Представляете? 50 поколений Alien, где лейтенант Рипли бы смотрела, как убивают всю колонию, а потом её клонировали, спаривали, размножали, заселяли планету-петри... и всё начиналось по кругу.

На самом деле исследований много и все разные. Ещё вот мистер Коннелл в Центре безопасности здравоохранения имени Джона Хопкинса в Балтиморе изучал, как хищник взаимодействует с легочными инфекциями у крыс. К сожалению, они не полностью уничтожили болезнетворные бактерии, как это сделали бы антибиотики. Но в этом есть смысл, потому что в дикой природе хищники редко уничтожают свою добычу до последнего экземпляра. Коллега Коннелла в Рутгерс, Даниэль Кадури, в оправдание хищной бактерии отмечает, что, когда львы едят слишком много зебр, у них возникают проблемы с поиском и охотой на оставшихся полосатиков, и популяции взаимно стабилизируются. Смысл, конечно, есть, но для крысы с пневмонией он полюбому ускользнул.

Могут ли хищные бактерии стать заменой антибиотикам? Сокетт так не считает. Она подозревает, что, если бы врачи давали людям большую дозу этой бактерии, у пациентов развился бы иммунный ответ на нее, что затруднило бы будущие попытки лечения.

Тем не менее, этот подход испытывали в советской Грузии (впервые это сделал Георгий Элиава при содействии со-первооткрывателя бактериофагов Феликса д'Эрельского ) в 1920-х и 1930-х годах для лечения бактериальных инфекций. Первые современные клинические исследования, во время которых оценивались безопасность и эффективность коктейля бактериофага при лечении инфицированных венозных язв на ногах у людей и делались попытки лечения ушных инфекций, вызванных Pseudomonas aeruginosa. Исследования показали безопасность средства, но спорную эффективность.

Доктор Д'Эрель, кстати говоря, также выявил, что бактериофаги обнаруживаются везде, где процветают бактерии: в канализационных коллекторах, в реках, которые улавливают сточные воды из труб, в испражнениях выздоравливающих пациентов, и всяких сомнительных водных резервуарах вроде Ганга в Индии. Логично ведь? Где есть добыча, там есть и хищники.

Бесспорно, со времени разработки пенициллина антибиотики улучшили качество жизни людей во всем мире. Однако слишком много хорошего тоже может быть плохо. Чрезмерное назначение и чрезмерное использование антибиотиков создали условия для развития бактерий с лекарственной устойчивостью (MDR). Печально известен устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus или золотистый стафилококк (MRSA) - эта падла ответственна за 11 285 смертей ежегодно, согласно CDC. Догоняет его другая знаменитость - Acinetobacter baumanni, оппортунистический агент, заражающий глубокие раны, кости и органы дыхания пациентов в больницах. Наверное, эта цифра не кажется вам чем-то невероятным. Но почему от Эболы, против которой нет лекарства, поднимается волна паники, а от резистентного ко всем известным антибиотикам стафилококка - нет? Почему он вообще такой крутой?

С одной стороны, это связано с общими трудностями борьбы с грамотрицательными бактериями из-за их гидрофобной наружной мембраны. А с другой стороны, в их непрерывном культивировании в тушках больных с антибиотиками внутри, где они и развивают суперспособности. Одним из новых средств, которые показали эффективность против обоих типов бактерий MDR, оказались антимикробные пептиды (AMP). Ну как оказались… хотелось бы ляпнуть, что мы их изобрели или придумали, но нет. Мы их тоже присмотрели у соседей.

Если точнее, то это копипаста, стянутая из гемолимфы насекомых и слизи земноводных. Покопавшись там, мы смогли найти узконаправленный антимикробный агент.

Антимикробные пептиды - штуки универсальные, и жирные мембраны грамотрицательных бактерий им не помеха, как и мембраны клеток грибов, простейших. Они добираются даже до вирусов. Если хищным бактериям невозможно противостоять потому, что это грубая сила, которая жрет бактерию изнутри, то АМП - это россыпь положительно заряженных молекул. Они прилипают к отрицательно заряженным мембранам, проникают внутрь клеток, прилипают там к кускам ДНК и внутриклеточным структурам, и клетка дохнет. Это как в швейцарские часы золотистого стафилококка насыпать песка. Убого, но работает. Работает даже слишком хорошо.

Исследователи из Университета Мельбурна, в том числе Шу Дж. Лам и Грег Г. Цяо, отмечают токсичность этих пептидов для здоровых клеток. Кроме того, in vivo в живых клетках они себя ведут несколько иначе, чем in vitro в лабораториях - они вызывают иммунный ответ, внедряются в нормальные клетки, начинают с ними взаимодействовать и всё идет не так, как надо. В общем, может, когда-нибудь что-нибудь придумают на основе пептидной вытяжки из лягушачьей слизи, но вряд ли конкретно вы этим что-то будете лечить. Хотя бы потому, что лягушек выжимать выйдет дорого, более перспективным в этом плане выглядит синтез таких пептидов.

Чем сегодня все активно и занимаются. Называется это безобразие “структурные антимикробные полипептидные полимеры, созданные с помощью наноинженерии”, или SNAPP. Почему это интересно? Потому что антибиотики на микроуровне - это как херачить ковровую бомбардировку зарином для того, чтобы добиться сокращения численности грызунов в городе. Эффективно, но подозрительно глобально. А создание SNAPP это прямо убийство в стиле Донцовой. Пептиды работают не как антибиотики - на всё и сразу - а вполне узконаправленно. К примеру, одни из первых найденных антимикробных пептидов - цекропины, выделенные из гемолимфы гусениц шелкопряда Hyalophora cecropia, действовали с невероятно высокой эффективностью исключительно на один патоген - Escherichia coli. В отношении нас это может стать тем самым бинго, когда печень, почки и пипиндрик остаются целыми, а нужный штамм какого-нибудь гонорейного гонококка вымирает.

In vivo синтетическое чудо протестировали на мышином перитоните. Хочется верить, что мышки, которых пыряли в брюхо, не страдали. Исследования подтвердили избирательность бактерии - было показано, что она поражает стенки клеток определенной бактерии, оставляя клетки млекопитающих без повреждений. Проверили виды E.coli и K. pneumoniae, P. aeruginosa и A. baumannii. SNAPP во всех случаях буквально разрывали клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану, приводя к гибели патогена и спасая мышь.

Однако, для того, чтобы победить, необходимо не только изобретать одно оружие на смену другому, но и нужно убрать причины. Иначе война будет бесконечной. Сегодня одними из главных инкубаторов выступают, как ни странно, не наши тела и не наш вид в целом. Вариантов много. Взять, например, курей. Их на земле около 20 млрд., а нас только 6. И, если смотреть на цель эволюции как на рост численности, создание потомства и бесконечный отбор, то куры - высшее звено. А мы лишь работаем над тем, чтобы они плодились, размножались, ели, а также отбираем курей с самой большой мышечной массой и, что самое интересное, делаем так, чтобы они не болели. Делается это за счет, в том числе, и антибиотиков. Именно поэтому одной из ближайших наших “надежд” выступают фитогенные средства. Это группа природных стимуляторов роста или не антибиотических стимуляторов, используемых в качестве кормовых добавок. Их получают из трав, специй и всяких растений, чаще всего в виде эфирных масел.

Спектр фитогенных кормовых добавок огромен и включает в себя целые группы активных ингредиентов, таких как сапонины, флавоноиды, слизи и дубильные вещества.Сам термин «фитогенные кормовые добавки» был придуман австрийской компанией по производству кормовых добавок Delacon и впервые появился на рынке в 1980-х годах.

Если бы удалось заменить натуральными средствами антибиотики и химические стимуляторы во всех сельхоз.животных, а затем добиться разумного использования лекарств у нас самих, мы бы ликвидировали миллиарды инкубаторов, где вырастают и выводят резистентные к антибиотикам виды бактерий. И тогда возможно не пришлось бы мучить лягушек, выжимая из них слизь, или пырять мышек в животики, чтобы посмотреть, как пептиды справятся с перитонитом.

Спасибо, что дочитали до конца, подписывайтесь если хотите больше истории, расследований и медицины, заходите в ВК на конкурсы с книжками,

Ваш SV.

Просмотров: 222
  • Без названия (2)
  • Без названия (2)
  • Без названия (1)
  • Без названия
  • Vkontakte Social Иконка
  • Facebook Социальной Иконка