Группа ученых из Института биоорганической химии РАН определила перспективы использования природного аналога антибиотика амикумацина изо рта сибирского медведя и предложила оптимальный способ его массового производства. Для этого ученые использовали метод глубокого функционального профилирования (упаковки бактерий в капли), который они разрабатывали последние несколько лет. Работа опубликована в журнале Antibiotics. Исследования поддержаны Российским научным фондом (РНФ).
В современном мире наблюдается глобальное распространение устойчивости к антибиотикам: «Это возникает вследствие неграмотного и бесконтрольного использования этих препаратов. Также устойчивость может возникать у самих бактерий, что делает применение лекарств бесполезным. Например, во всем мире устойчивые к антибиотикам инфекции вызывают 31,5 миллиона случаев сепсиса, что приводит к 5,3 миллиона смертей ежегодно», — сообщает руководитель проекта по гранту РНФ Иван Смирнов, доктор химических наук, заместитель директора по науке Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (ИБХ РАН, Москва). Именно поэтому для медицины очень важно находить новые виды антибиотиков и проверять их эффективность против отдельных видов бактерий.
Амикумацин впервые описали в далеком 1981 году, но принцип и область действия антибиотика оставались неизвестными. Его применяли в основном в научных кругах. Однако несколько лет назад был обнаружен природный источник амикумацина — бактерия Bacillus pumilus, которая обитает в ротовой полости сибирского бурого медведя. Открытие возобновило интерес к этому антибиотику. В своем исследовании ученые использовали недавно изобретенный ими метод глубокого функционального профилирования, чтобы выделить наиболее эффективные штаммы Bacillus pumilus и определить спектр действия амикумацина.
«Суть метода заключается в изоляции индивидуальных бактерий в микрокаплях и их анализе на уровне единичных клеток. В отличие от стандартных методов эта технология обладает уникально высокой производительностью, что позволяет выявлять даже очень редких представителей природного или искусственного биоразнообразия. Таким образом, мы можем легко находить уникальные бактерии микробиома, обладающие антибиотической активностью по отношению к патогенам», — объясняет участник проекта по гранту РНФ Станислав Терехов, кандидат химических наук, научный сотрудник ИБХ РАН.
Кроме того, ученые установили наиболее благоприятные условия для широкомасштабного производства Bacillus pumilus: повышенное насыщение кислородом (аэрация), высокоуглеводная среда и микрочастицы карбоната кальция.
Дальнейшие исследования показали, что амикумацин эффективен против бактерий хеликобактер пилори, вызывающих язву желудка и гастрит, и золотистого стафилококка. Он может приводить к огромному числу заболеваний, от легких кожных инфекций до пневмонии, менингита и остеомиелита. В целом антибиотик на высоком уровне боролся со многими грамположительными бактериями. Тем не менее, у амикумацина обнаружили способность повреждать клетки тканей, которая затрудняет его использование при терапии бактериальных заболеваний. Также антибиотик не пригоден для длительного лечения из-за особенности своего строения. Он нестабилен и в физиологических условиях распадается в течение двух часов. Однако, по мнению Ивана Смирнова, нестабильность молекул не всегда является их недостатком. Для локального воздействия и снижения общей токсичности для организма быстрый «вывод из строя» высокоактивных действующих веществ более предпочтителен. Подобные стратегии все чаще находят свое практическое применение сегодня.
Не стоит забывать, что ученые работали с изначальным, природным видом антибиотика, а значит, его недостатки можно будет исправить при дальнейшем изучении.
«Очевидно, что молекула амикумацина, созданная природой, не имеет набора свойств, характерных для полусинтетических антибиотиков и цитостатических лекарственных препаратов, существующих на рынке. В то же время его структура является стартовой площадкой для создания стабильных аналогов амикумацина, направленных на уничтожение бактерий или клеток человека, позволяя перенаправить его высокий потенциал на получение новых антимикробных и противораковых препаратов. Этим и многим другим мы занимаемся совместно с нашими коллегами», — заключает Станислав Терехов.