Туберкулёз – очень древняя и опасная болезнь, которая унесла миллионы жизней людей по всему миру. До 20-го века заболевание было неизлечимым, и лишь несколько десятилетий назад медики начали применять антибиотики для спасения пациентов.
Однако вид бактерий под названием палочка Коха (Mycobacterium tuberculosis), который вызывает инфекцию, уже успел выработать устойчивость к существующим препаратам, так как бактерии постоянно изменяются, подстраивая свою ДНК под новые условия. По этой причине основное противотуберкулёзное средство – рифамицин – во многих случаях не оказывает должного эффекта при лечении.
Исследователи ищут новые способы борьбы с заболеванием. Свой вариант предложила и команда из Рокфеллеровского университета в США.
По словам учёных, решение всё это время находилось в буквальном смысле у них под ногами. Оказалось, с мутировавшей палочкой Коха может справиться соединение, содержащееся в почве.
Сначала поясним, как уничтожаются бактерии, вызывающие туберкулёз. Рифамицин нацелен на ДНК-зависимую РНК-полимеразу – фермент, осуществляющий синтез молекул РНК и отвечающий за выживаемость бактерий. Антибактериальный препарат угнетает синтез РНК.
Однако в том случае, если гены, кодирующие РНК-полимеразу, мутируют, микроорганизм приобретает резистентность к лекарствам. По словам экспертов, даже небольшое генетическое изменение может препятствовать связыванию действующих компонентов антибиотика с ферментом и затруднять их работу.
Медики уверены, что победить мутировавшую палочку Коха может препарат, который действует по такому же принципу, как рифамицин, но в то же время способен связываться с РНК-полимеразой и повреждать её, даже несмотря на мутации.
Авторы работы отмечают, что сегодня во многих лабораториях ведутся разработки синтетических антибиотиков такого рода. Однако руководитель научной группы профессор Шон Брэди (Sean Brady) решил обратить внимание на окружающую среду.
Дело в том, что органические соединения, входящие в состав рифамицина, продуцируются бактериями из рода стрептомицеты. Обитают они в основном в почве. (К слову, первый в истории противотуберкулёзный препарат, стрептомицин, был открыт микробиологами, изучавшими такие бактерии. За это они удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1952 году).
«Я хотел выяснить, не создала ли природа аналоги молекул, которые выглядят как «рифамициновые», но имеют небольшие отличия», – поясняет Брэди.
Чтобы отыскать такие соединения, его команда секвенировала геномы микроорганизмов, извлечённых из образцов почв. Последние собирали в самых разных регионах США.
В результате учёные обнаружили группу природных антибактериальных агентов под названием канглемицины. В общем смысле они являются аналогами рифамицина. Однако эксперименты показали, что такие соединения способны бороться, в том числе, с бактериями, которые не реагируют на воздействие последнего.
На следующем этапе команда более подробно изучила принцип действия нового средства. Для этого специалисты проанализировали молекулярную структуру канглемицина и сравнили её со структурой его «старшего брата» рифамицина. Оказалось, что первый обладает сразу несколькими отличительными чертами: молекулы канглемицина включают больше сахаров и кислот.
Эти «дополнительные компоненты» представляют собой микроскопические «ответвления». Именно они позволяют молекулам связываться с РНК-полимеразой бактерий, устойчивых к рифамицину.
По словам соавтора работы Элизабет Кэмпбелл (Elizabeth Campbell), «дополнительный сахар» позволяет канглемицину закрепляться в своего рода «кармашках» РНК-полимеразы. Между прочим, до сих пор учёные даже не знали, что этот фермент имеет такие структурные особенности.
Это открытие поможет разработать новую стратегию борьбы с туберкулёзом, которым ежегодно заражаются миллионы людей по всему миру.
Кстати, Шон Брэди выдвинул интересную гипотезу, согласно которой, канглемицины могли возникнуть в ответ на своего рода эволюционное давление. Как известно, в клинических условиях бактерии защищаются от антибиотиков при помощи различных мутаций. Медики, в свою очередь, создают ещё более мощные препараты, обходящие и эту линию обороны. Микроорганизмам ничего не остаётся, как мутировать снова, чтобы избежать угрозы.
Учёный считает, что в природе происходит похожий «круговорот» – так называемая гонка вооружений микроорганизмов, часть которых продуцирует природные антибиотики, а другая часть от них защищается.
В частности, бактерии, обитающие в грязи, конкурируют друг с другом. Один вид может избавиться от другого, производя токсичные соединения. Второй вид, очевидно, приобретёт в ходе эволюции защиту, которую вновь разобьют ещё более сильные вещества, рассуждает Брэди.
Такое соперничество только на руку исследователям, ведь некоторые из натуральных противомикробных соединений можно использовать в медицине, улучшив их и доработав.
Не исключено, что природа поможет учёным проложить новый путь в лечении и других болезней. В частности, команда Шона Брэди ранее обнаружила в грязи ещё один класс лекарственных средств – малицидинов, которые убивают несколько штаммов супербактерий.
Научная статья с более подробным описанием новой работы была опубликована в журнале Nature Communications.
Автор: Юлия Воробьёва