X

Подкасты

Рассылка

Стань Звездой

Каждый ваш вклад станет инвестицией в качественный контент: в новые репортажи, истории, расследования, подкасты и документальные фильмы, создание которых было бы невозможно без вашей поддержки.Пожертвовать
Фото: Константин Долгановский
24статьи

Пермские учёные, разработки, открытия.

Антибактериальные войны: Придёт ли эра лантибиотиков?

Открытие антибиотиков стало в своё время настоящей революцией в медицине. Но болезнетворные бактерии, мутируя, научились приспосабливаться к жизни во враждебной для себя среде. Их наступление продолжается. И человечеству в борьбе с болезнями, которые они несут, необходимо подкрепление. Возможно, что вещества, на основе которых должны появиться мощные антимикробные препараты нового поколения, уже есть. Они выделены в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.

О бактериях и наших непростых взаимоотношениях с ними. О том, какие микроорганизмы живут в нас и на нас. Но главное — об открытии в Перми веществ, способных остановить «микробов-террористов», готовых медленно и верно уничтожать нас.

На вопросы «Звезды» отвечает Владимир Коробов — кандидат медицинских наук. В Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН Владимир Павлович заведует лабораторией биохимии развития организмов.

Можем ли мы начать с такого сюжета: человек, кроме того, что он о себе думает: «Я венец творения!..», являет собой ещё и просто колонию микробов...

— Я бы сказал: уютное хранилище микробов.

Хорошо. Являет собой ещё и просто уютное хранилище микробов, которые внутри человека живут, едят, размножаются, вступают во взаимодействия...

— Не только друг с другом, но и с человеком.

Да!.. И в итоге микробы реально помогают человеку дышать, есть, пить, размножаться, радоваться жизни...

— Ну, может быть, не так широко... Может быть, более узко: бактерии помогают человеку какими-то своими особыми веществами, которые они способны вырабатывать.

По крайней мере, пищу бактерии помогают человеку пережёвывать.

— Да, но бактерии при этом не забывают и себя. И трудно сказать, кто на ком паразитирует. Потому что, поедая что-то, большую часть мы отдаём им — нашим микроорганизмам. А они делятся с нами тем, что взяли из неё.

То есть мы, если бы не бактерии, живущие в глубинах нашего желудочно-кишечного тракта, подавились бы тем, что едим?

— Мы погибли бы в течение нескольких суток. Если взять и промыть нас изнутри, хорошо промыть, то жизнь закончится очень быстро.

Но тело человеческое при этом, как я себе представляю, это ещё и поле битвы разных микроорганизмов. Они сражаются друг с другом за каждый сантиметр нашей плоти не на жизнь, а на смерть...

— Это только в том случае, когда наступает болезнь. Пока мы здоровы, мы живём в согласии со своими бактериями и должны благодарить их, а они — нас. Бактерии дают нам всё, что могут дать. В частности — много витаминов.

Однако с людьми такое бывает. И довольно часто. Вдруг появляются в них грозные микробы — патогены. (В переводе с греч. «страдание порождающие». — Примеч. ред.)

— Да, если мы встречаемся в каких-то особых случаях с чем-то для нас необычным. Скажем, мы посетили, не используя средств защиты, своего хорошего знакомого в инфекционной больнице. Вдохнули, допустим, глубокой грудью больничного воздуха. И то, что выдыхается пациентами инфекционного отделения, попало в наш организм. А попав, получило комфортные условия для размножения. Или, скажем, пищевые токсикоинфекции. Это когда с плохо обработанной пищей в наш организм поступает что-то, что не должно поступать...

Но!.. Если посмотреть, сколько всего находится на поверхности нашей кожи, на слизистой носа, на эмали наших зубов... Если собрать всех этих бактерий и в определённых условиях высеять. Их ведь можно вырастить! Мы поразимся, как богаты мы микроорганизмами.

Фото: Константин Долгановский

И сколько в нас живёт разных видов бактерий?

— Очень много. Я даже не скажу, сколько. И все невероятно любопытные.

Допустим, на коже есть такая бактерия. Она называется Staphylococcus epidermidis. Когда говорят «стафилококк» — это ведь страшное дело! А название? «Эпидермис» — значит «кожа». Эпидермальный стафилококк прекрасно уживается с нами. Мы его не видим, но он помогает нашей коже быть недоступной для других микробов. Он защищает нас! Но когда этот же стафилококк попадает с кожи внутрь нашего тела, он начинает проявлять совсем другие качества — враждебные.

Словом, облизывать свои пальцы не стоит.

— А самое главное: если порезался — сразу обработай рану. Рана — ворота для патогенов. И, может быть, вы слышали, последнее время очень много говорят — это реалии времени! — о так называемых катетер-ассоциированных инфекциях?

Что это?

— Последнее время в медицине много используется устройств, которые позволяют улучшить проходимость сосудов, — это искусственные части сосудов, различные канюли... Все они так или иначе контактируют с кожей. И уж если благодаря этому контакту замечательные Staphylococcus epidermidis попали внутрь медицинских устройств, то в организме человека они будут функционировать в виде так называемых плёнок, что очень плохо для человека.

Понятно, что с патогенными микробами надо бороться. Для этого и существуют микробиологи...

— Для этого существуют не столько микробиологи, сколько люди, которые понимают, как патогенным микробам противостоять. Это не обязательно микробиологи. Это могут быть иммунологи, химики, которые предлагают какие-то средства (в данном случае лекарства), способные остановить инфекцию...

И вот мы подошли к той самой теме, которой занимается ваша лаборатория.

— Не совсем. Сначала я хочу сказать, что очень многие микроорганизмы, чтобы чувствовать себя уютно в своём мире, должны вырабатывать вещества, которые подавляют враждебное окружение. С друзьями они могут жить в согласии, а с недругами в мире никто хорошо не живёт. Против недругов бактерии выделяют особые соединения. Иногда это пептиды — маленькие белки, которые проявляют антибактериальную активность.

Пептиды — оружие одних микробов против других?

— В качестве ассоциации (только очень далёкой ассоциации!) можно привести пример, как некоторые микроорганизмы синтезируют антибиотики. Антибиотики — это сложные органические соединения: чаще всего это не пептиды, а именно сложные химические циклы.

Зелёная плесень?

— Плесень — синяя, зелёная, грибы и прочее. Но!.. Синтезируются антибиотики тогда, когда микроорганизмы переживают стрессовую ситуацию: либо я буду жить, либо меня подавит ближайшее окружение.

То есть грибы и плесень, чтобы выделить антибиотики, для начала надо ввести в стресс?

— Не всегда, но именно стрессовое воздействие используется для получения многих антибиотиков.

При этом, насколько я знаю, патогены через какое-то время привыкают к антибиотикам и перестают их замечать.

— Это так. Но я хочу заметить, что с эрой антибиотиков связано очень многое в нашей жизни. Например, первый антибиотик — пенициллин. Он спас огромное количество человеческих жизней. Особенно в военное время.

Сначала выяснилось, что некоторые грибы могут синтезировать спасительные для людей бактерицидные соединения. Их выделили и придумали, каким образом вводить в организм, использовать поверхностно...

Ваши соединения чем-то походят на антибиотики?

— Мы работаем совсем с другой группой соединений. Они синтезируются бактериями не под нажимом, а тогда, когда нужно оградиться от неблагоприятного бактериального окружения.

Эти соединения называются пептидами?

— Их называют пептидами. И поскольку это маленькие белки, то их необходимо синтезировать такими, чтобы они не могли разрушаться ферментами, которые, как правило, разрушают обычные белки.

Не поняла.

— В желудочно-кишечном тракте человека есть ферменты, которые расщепляют поступающие туда белки до аминокислот. Аминокислоты всасываются в кишечнике, потом человек синтезирует из них свои белки. Такая вот цепочка.

Пептиды (маленькие белки), с которыми работаем мы, содержат в своём составе необычные аминокислоты. Эти аминокислоты выдерживают атаку пищеварительных ферментов, не поддаются ей... Если бы пептиды, синтезируемые микробами и обладающие антибактериальным действием, были также легко атакуемы в человеческом кишечнике ферментами, от них не было бы никакого толка. Попадая в эту среду, они расщеплялись бы там — и всё!

Но природа изобретательна. Наши пептиды близки к белкам и всё-таки отличаются от них, потому что в их строении есть участки, которые не поддаются разрушению под действием пищеварительных ферментов. Поэтому они способны подавлять штаммы патогенных бактерий.

Фото: Константин Долгановский

Спасительные пептиды вырабатываются бактериями особого вида или все бактерии выделяют их?

— Это было бы фантастично, если бы все могли продуцировать всё. Отдельные виды, конечно. Те, что по преимуществу живут в окружении большого количества соседей.

От разных людей в Перми, больных инфекционными заболеваниями, было выделено более 7 000 штаммов. Штаммы — это отдельные выемки определённого вида бактерий. Мы проанализировали все 7 000: в некоторых случаях это были близкородственные бактерии, в других — бактерии с какими-то выраженными отличиями.

Скажем так: одна из разновидностей стафилококков включает в себя около 40 подвидов. Это всё стафилококки. Образно говоря — блондины, брюнеты, лысые, кучерявые и прочее. И когда мы на всех этих стафилококков посмотрели «свысока», то оказалось, что из 7 000 (уже больше!) только 5 штаммов синтезируют то, чем интересуемся мы. То есть это обычное явление, но не очень частое.

Пептиды — близкие к той группе, которую мы изучаем, — выделяют также молочнокислые бактерии. Думаете, почему молочнокислые бактерии так широко используются? Потому что они не только переводят белки в состояние, которое позволяет нам использовать их, например, для получения сыра, но и потому, что позднее, когда сыр уже готов, молочнокислые бактерии ещё и поддерживают его в хорошей кондиции. Это пептиды не дают враждебным микробам, обожающим сыр, оккупировать его!

Один из таких пептидов получил название низина. Сегодня, если вы покупаете европейский продукт и видите, что в аннотации к нему указана пищевая добавка Е — 234, знайте — это тот самый пептид низин, который синтезируется молочнокислыми бактериями. Его специально вносят в продукты, чтобы подавлять (если вдруг будет нарушена упаковка, поранен сам продукт) стафилококки и другие бактерии. Низин не даст им никакого шанса.

Это органические соединения? Это не «химия»?

— То, что называют химией, — это и органика, и неорганика. Нас интересует органика: аминокислоты, соединённые в длинные сложные цепочки — особые кислоты, из которых построены белки. И пептиды!

Как бы лучше представить?.. Бусы! Замечательный пример! Каждая бусинка — это аминокислота. Положили бусы на стол — один белок. Перекрутили их — те же аминокислоты, но в пространстве они занимают уже другое положение. И это уже другой белок, другого действия. Скрутили бусы в шарик, а у шарика ещё и хвостик торчит... Может быть, этот белок с хвостиком проходит через мембрану клетки, затягивая туда головку?..

Так вот! Пептиды, которые мы исследуем, обладают очень интересным свойством. Они заряжены положительно! (Не положительными эмоциями!) Их молекулы имеют положительный заряд. А мембраны наших клеток и мембраны бактериальных клеток имеют отрицательный заряд. То есть оболочка бактерий в основном заряжена отрицательно.

Представляете? Молекула пептида, имея положительный заряд, встречается на своём пути с чем-то отрицательно заряженным — она притягивается к нему, как к магниту. И хвостик, о котором я говорил, разрушает мембрану — бактерия лизирует (растворяется. — Прим. ред.).

Антибиотики, как известно, убивают не только хороших бактерий, но и плохих. А что с пептидами?

— Не так. Антибиотики предназначены для плохих, но между прочим (жульё такое!) подавляют и хороших микробов. Поэтому, когда люди принимают антибиотики, всегда бывают (при длительных курсах) разорительные последствия: погибают полезные бактерии кишечника. И кишечник нужно снова заселять ими. Врачи тогда рекомендуют колибактерины, прочие препараты, которые это и делают.

Пептиды же действуют целенаправленно — на бактерий определённого вида.

А вообще, кишечник — это такая красота! Это просто фантастика — наш кишечник!..

«Это такая красота — наш кишечник! Просто — фантастика!» Фото: Константин Долгановский

В смысле существования там самых разных микробов?

— В том смысле, как микроорганизмы в нашем кишечнике себя ведут. В какой дружбе они там живут! Но если дружеское равновесие нарушено... Допустим, мы должны несколько раз посетить туалет — по-крепкому. Почему? Дисбактериоз. То, что наши бактерии обязаны делать в кишечнике, они больше не делают. И всё наше у нас проносится мимо... Дисбактериоз очень трудно победить. Чтобы восстановить первоначальный микробный пейзаж, люди порой лечатся месяцами. И даже годами.

Наверное, у каждого человека в кишечнике свой пейзаж?

— У членов одной семьи пейзажи практически одинаковые — поскольку родственники. В семье все и питаются одинаково, и живут в одних условиях. Одни поцелуи чего стоят!

Микробиоценозы (устойчивое сообщество микроорганизмов в определённой среде обитания. — Прим. ред.) имеют в нашей жизни огромное значение.

Вернёмся к вашим пептидам. У одного из них есть имя — варнерин.

— Да. Все бактерии классифицированы по группам. И практически все группы имеют какое-то своё конечное название.

Есть стафилококки, которые живут на коже — Staphylococcus epidermidis. Есть другие стафилококки. Среди них встречаются и очень хищные, друзьями нашими они никогда не будут: например, золотистые стафилококки (Staphylococcus aureus).

Внутри каждой группы стафилококков есть подвиды: Staphylococcus hominis, warneri, haemolyticus... Почти 40 подвидов. Но по одному признаку все эти микробы объединяются в одну группу, которая называется коагулазонегативные стафилококки. Вот среди этой группы стафилококков и выявляются штаммы, которые выделяют антибактериальные пептиды, интересные нам.

Как вы это обнаружили?

— Такое, наверное, бывает только раз в жизни. Я занимался совершенно другими пептидами, изучал их антибактериальное действие. Но с ними у нас мало что получалось. Помог случай.

На майские праздники мы оставили в лаборатории чашку Петри. Обычно в неё наливают агар-агар, который содержит питательные вещества. На этой питательной среде, оставленной на открытом воздухе, вырастет всё, что в воздухе летает. Практически всё!

И вот мы оставили такую чашку Петри на майские праздники. Но оставили её не с агар-агаром, а с патогенными стафилококками. Оставили случайно. Приходим после праздников, а у нас в этой чашке «нарисовалась» любопытнейшая картинка: на матовом фоне выросших стафилококков мы увидели прозрачное пятнышко, в центре которого расположилась колония каких-то бактерий. А вокруг этой колонии — и нет ничего.

Каков вывод?

— Бактерии, которые образовали эту колонию, по-видимому, выделили нечто такое, что подавило развитие оставленных нами стафилококков. Под микроскопом мы рассмотрели «пришельцев» — это тоже были стафилококки, но другого вида.

Они вам известны?

— Конечно. Оказалось, что это Staphylococcus epidermidis.

И вот тут всё началось! Мы вырастили наши бактерии в большом количестве. Из среды их культивирования выделили антибактериальное соединение, которое оказалось пептидом. Поскольку бактерии были выделены из вида Staphylococcus warneri, пептид назвали варнерином.

А потом мы решили посмотреть, много ли среди стафилококков из больницы таких, которые выделяют антибактериальные соединения. Нашлось 5 штаммов. Сегодня в чистом виде мы выделили ещё один антибактериальный пептид. Это продукт бактерий, которые называются Staphylococcus hominis. Пептид получил название хоминин. Он близок по строению к варнерину, но гораздо сильнее его по действию.

Значит, у вас уже два антибактериальных пептида?

— Два. На оба получены патенты.

Что теперь надо сделать, чтобы эти пептиды стали антибактериальными препаратами и начали служить людям в их борьбе с патогенами?

— Это очень длинный путь. В лучшем случае за рубежом на этот процесс уходит 10-12 лет. Проверка идёт по массе показателей. И только в том случае, когда есть уверенность, что открытое соединение может быть использовано как новый антибактериальный препарат, его производство ставят на поток.

Вашим пептидам грозят доклинические и клинические исследования?

— Увы, в России этим заниматься сегодня никто не будет — безумно дорого. А если бы и стали, то процесс исследований занял бы лет 20. Нас, конечно, такое положение дел не устраивает. Мы же видим, как наши пептиды действуют, как они работают...

А против каких болезней могли бы работать эти пептиды, став лекарством?

— Маститы, раневые инфекции, инфекции, связанные с использованием катетеров и различных имплантируемых устройств...

Может, вы обращали внимание?.. Если набрать в трёхлитровую банку водопроводную воду и дать ей отстояться, а через день или два погрузить в эту банку руку и как бы смыть с её стенок что-то, то можно почувствовать слизь. В банке выросли бактерии, которые есть в водопроводной воде. Более того, они прикрепились к поверхности и образовали плёнку.

Изучение биоплёнок бактерий на сегодняшний день — самая жгучая проблема микробиологии. Потому что если в растворе бактерии как бы плавают сами по себе, то в плёнке они прочно соединены друг с другом. По сути, биоплёнка — это своеобразная бактериальная крепость. Для антибиотиков она практически недоступна.

А для пептидов? Они могли бы бороться с биоплёнками?

— Наши исследования показывают, что это возможно.

Что говорит о ваших пептидах научное сообщество?

— Принимают хорошо. В нашей стране только мы занимаемся этими соединениями. Их ещё называются лантибиотиками, потому что в составе пептидов есть необычная аминокислота — лантионин. Сегодня известно около 30 лантибиотиков. В нашей стране выделено два. И оба нами.

Базовую часть исследований мы прошли. Теперь надо выходить на уровень клетки. Смотреть, что происходит там. Но финансирование науки в стране уже снижено на 10 %. Доллар скакнул. Мы же покупаем в основном импортные реактивы. У нас ничего российского для проведения таких исследований не осталось. Ничего!..

Даже чашек Петри?

— Чашки не реактивы. Но и они подорожали в два раза.

Но вам же всё равно надо двигаться вперёд. Какие-то возможности для этого есть?

— Есть. Ездить за границу к друзьям. В прошлом году по университетскому гранту я ездил в Англию. В Англии нам раскрыли структуру второго пептида — хоминина. До этого в Англии же нам раскрыли структуру варнерина. Они сделали это для нас из чисто дружеских чувств, хотя времени потратили на расчёты много. Оказывается, англичане очень искренние друзья. И они могут сделать для тебя что-то только только потому, что у тебя нет возможности сделать это самому. И сделать бесплатно.

Сейчас хотелось бы приобщить к нашему делу кого-то ещё, чтобы быть уверенными, что история с пептидами будет развиваться дальше грамотно, со всеми необходимыми регистрациями.

Когда-то научные проекты в стране воплощались в жизнь на уровне государственных структур. Это было давно. На сегодняшний день таковых нет. На Западе же подобного рода процессами всегда занимались частные компании. Только частные компании. Но у нас и таких нет...

Фото: Константин Долгановский

Может быть, однажды случится чудо и Россия, сменив приоритеты, вдруг обратит своё внимание на науку? И найдутся деньги. И появятся заинтересованные люди. И все необходимые исследования будут проведены. И открытые в Перми пептиды станут реальными антибактериальными препаратами, спасающими человеческие жизни во всём мире...

Хотелось бы в это верить!

«Звезда» желает лантибиотикам — варнерину и хоминину — будущего. И это далеко не бескорыстное пожелание. От бактерий, порождающих страдание, не застрахован никто. Патогены не спят. Они стоят невидимым фронтом и ждут удобного момента, чтобы напасть. Поэтому так важно иметь в запасе оружие, способное противостоять коварному врагу.

О проектеРеклама
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-64494 от 31.12.2015 года.
Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.
Учредитель ЗАО "Проектное финансирование"
E-mail: web@zvzda.ru
18+

Программирование - Веб Медведь