Ученые ослабили бактерии, устойчивые к воздействию антибиотиков
Ученые нашли способ ослаблять бактерии, устойчивые к воздействию антибиотиков (в данном случае – кишечной палочки), путем вмешательства в клеточный метаболизм, сделав их восприимчивыми к существующим антибиотикам.
Исследователи из Уайс института (Wyss Institute) Гарвардского университета и Бостонского университета в январском номере журнала «Nature Biotechnology» рассказали, как им при помощи сложного компьютерного моделирования и биотехнологий удалось выиграть битву в войне с супербактериями.
Старший автор Джим Коллинз (Jim Collins), основатель синтетической биологии и руководитель Центра Биодинамики Бостонского университета, в заявлении, опубликованном в понедельник, сказал: «Нам крайне нужны новые стратегии для расширения арсенала антибиотиков».
Он говорит о кризисе антибиотиков, который обостряется очередным осознанием того, что препараты для излечения от устойчивых бактерий на исходе.
«У нас на подходе несколько ценных антибиотиков, которые предоставляют новые возможности оперировать некоторыми физиологическими особенностями бактерий» – говорит Коллинз, заслуженный профессор Бостонского университета.
Производство АФК – активных форм кислорода (ROS Production)
Коллинз с коллегами осознают важность особенности метаболизма бактерий, известной как производство активных форм кислорода (АФК).
Активные формы кислорода, именуемые так же АФК, – продукт, производимый в процессе обмена веществ клеток. Множество химических реакций поддерживают жизнь клеток, позволяют им расти, размножаться и поддерживать себя в своей среде.
АФК содержат такие молекулы, как супероксид (superoxide) и перекись водорода, с которыми бактерии отлично уживаются.
Но при более значительном количестве молекулы АФК могут серьезно повредить или даже уничтожить бактерии.
В предыдущих работах Коллинз и его команда уже установили, как антибиотик убивает бактерии. Ученые повышали производство АФК в бактериальной клетке, вследствие чего бактерия отравляла сама себя.
Компьютерные модели обмена веществ кишечной палочки
Ранее не было точно известно, каким образом кишечная палочка продуцирует активные формы кислорода, поэтому команда Коллинза приняла решение исследовать этот процесс при помощи современного компьютерного моделирования.
Уже располагая компьютерной моделью, основанной на примере известного на тот момент процесса обмена веществ кишечной палочки с применением некоторых базовых химических реакций, ученые начали добавлять к этой модели сотни других известных реакций, чтобы увеличить рост АФК.
С аккуратнейшей точностью исследователи кропотливо удаляли разные гены, чтобы выяснить, какой именно участвует в производстве активных форм кислорода, и воспроизвели сотни компьютерных моделей, прежде чем, наконец, достигли некоторых результатов.
Исследователи провели ряд опытов в лаборатории и обнаружили, что 80-90% результатов, прогнозируемых при компьютерном моделировании, нашли подтверждение.
Повышение производства АФК в бактериальной клетке делает ее более восприимчивой к воздействию антибиотика
Следующим шагом исследования было тестирование результатов эксперимента на бактериальных клетках в жизни. Будет ли повышение производительности АФК в клетках кишечной палочки делать их более чувствительными к смертельной окислительной атаке – действию антибиотика?
Ученые убедились, что будет.
Исследователи удалили некоторые гены таким образом, чтобы повысить производство активных форм кислорода. Они добавляли различные антибиотики и другие биоциды и обнаружили, что такие клетки кишечной палочки умирают гораздо быстрее, чем те, которые сохранили гены.
«Проделанная работа доказывает эффективность метода регулирования производства АФК в бактерии и демонстрирует, что повышение продуцирования микробами АФК дает возможность убивать их окислителями и антибиотиками», — пишут исследователи в своем отчете.
Иными словами, нарушая обмен веществ клеток кишечной палочки, ученые добились того, чтобы биоцидам и антибиотикам было легче их убивать.
Последствия и последующие действия
Дон Ингбер, основатель и директор института Уайс, говорит: «Не существует серебряной пули для глобального кризиса в сфере здравоохранения, с которым мы столкнулись из-за устойчивых к антибиотикам бактерий. Но мы возлагаем огромные надежды на системы биологических методов, которые разрабатывает команда Коллинза».
Коллектив сейчас планирует использовать технологии молекулярного скриннига, чтобы найти специфические молекулы, ускоряющие продуцирование АФК.
Ученые верят, что их подход поможет и в сражениях с другими бактериями, такими как микробактерии, вызывающие туберкулез – потенциально смертельную болезнь легких.
Фонд Института биологической инженерии Уайса при Гарвардском университете, Программа поощрительного вознаграждения изобретателей от Национального института здоровья и Медицинский институт Говарда Хьюза помогают финансировать исследования команды.
Автор статьи – доктор философии Катарина Педдок (Catharine Paddock)
«Медицинские Новости Сегодня» (Medical News Today)
Материал подготовила +Екатерина Свириденко
