Медицина имеет все шансы проиграть в «противостоянии щита и меча» с бактериями. Безответственное использование антибиотиков приводит ко все большему количеству микроорганизмов, устойчивых даже к самым современным препаратам.
Американские биоинженеры предложили искать оружие против инфекций в прошлом нашего вида: они обратились к ДНК неандертальцев и денисовцев в поисках антимикробных молекул. И проверили их эффективность на современных возбудителях инфекций.
Новое исследование базируется на довольно простом предположении. Бактерии эволюционируют очень быстро и постоянно вырабатывают новые способы противостояния молекулам, которые способны нарушить их развитие. Но в основе этого их преимущества — сравнительно небольшой геном. Его размер не может увеличиваться до бесконечности, и постепенно естественный отбор «выкидывает» из ДНК бактерий те последовательности, что более не нужны. Среди таких фрагментов могут быть отвечающие за устойчивость к молекулам, которые больше не встречаются в среде обитания бактерий. Но это не означает, что когда-то в прошлом они не были эффективны.
Люди тоже эволюционируют, просто существенно дольше. И геном человека точно так же может терять кодирующие последовательности, отвечающие за естественные антибиотики — антимикробные пептиды. Наши организмы вырабатывают их в ответ на появление возбудителя инфекции. Логично предположить, что многие десятки тысяч лет назад древние Homo встречались с предками современных бактерий. И в процессе этой борьбы появлялись антимикробные пептиды, которые в наших организмах уже не вырабатываются за ненадобностью, потому что с течением времени их эффективность радикально упала. Но ведь и бактерии о них уже «забыли».
Именно в таком ключе рассуждают авторы научной работы, опубликованной недавно в журнале Cell Host & Microbe. С ее препринтом (неотрецензированной версией) можно ознакомиться на портале bioRxiv, но главное помнить, что в нем могут содержаться ошибки или неточности.
Американские исследователи применили машинное обучение, чтобы выделить в геномах современных людей, денисовцев и неандертальцев участки, кодирующие антимикробные пептиды. Затем они выбрали те из них, что встречаются только у наших древних предков. Эти фрагменты ДНК проанализировали в симуляции на потенциальную эффективность по основным критериям антимикробной активности.
На следующем этапе наиболее многообещающие древние пептиды синтезировали и поместили в пробирку с Acinetobacter baumannii (ацинетобактерия Баумана). Это частый возбудитель госпитальных инфекций — менингита, пневмонии, бронхита, заражения ран, инфекций кровотока и урологических. Завершал цикл экспериментов опыт с живыми тканями мышей. В итоге как минимум шесть архаичных антимикробных пептидов показали эффективность против современных штаммов патогенного микроорганизмы.
Тем не менее медицинского прорыва пока не получилось. Выделенные из генома предков человека пептиды подавляли развитие бактерий, но лишь в чрезвычайно высоких концентрациях. Однако исследование и не ставило целью найти новый антибиотик: основной задачей было проверить реалистичность такого подхода. Это удалось доказать.
Авторы статьи предположили, что в ближайшее время ДНК древних людей станет одним из важных направлений поиска антимикробных соединений. В своей работе они затронули лишь небольшую часть генома. К тому же необязательно использовать архаичные пептиды «как есть», они могут стать основой для синтеза совершенно новых препаратов, атакующих бактерии одновременно и архаичными методами, и современными.
Автор: Василий Парфенов