«Что касается поиска антибиотиков, есть два пути, — рассказал один из авторов исследований, старший преподаватель Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха Дмитрий Лукьянов. — Можно искать их в химических библиотеках — это базы данных, в которых приводятся сотни тысяч соединений, и вы их проверяете на антибиотическую активность. При этом можно задействовать машинное обучение. Или можно искать вокруг нас, например в почве, потому что живущие там бактерии тоже используют антибиотики для борьбы с бактериями-конкурентами».
Во время экспедиции на Тибетское нагорье китайские соавторы исследователей из Сколтеха собрали образцы воды из четырех соленых озер и образцы почв.
Как сообщили в пресс-службе Сколтеха, эти образцы отправили в Пекинскую ключевую лабораторию противомикробных агентов. Содержащиеся в воде и почве микроорганизмы культивировали в богатой питательными веществами среде. Полученные культуры протестировали на предмет противомикробной активности. Некоторые бактерии, как оказалось, действительно вырабатывали антибиотики. Эти штаммы подверглись генетическому анализу, а также проверке: убивают ли они ряд известных патогенов человека.
Затем сухие экстракты содержащих антибиотики культуральных жидкостей доставили в Сколтех, и Лукьянов с коллегами стали выяснять задействованные механизмы противомикробной активности при помощи так называемой репортерной системы. Ее разработал совместно с коллегами соавтор обоих российско-китайских исследований Пётр Сергиев — профессор Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха.
«Антибиотики могут вредить бактериям по-разному: воздействуя на синтез белка, репликацию ДНК, транскрипцию РНК, синтез клеточной стенки или ключевые процессы обмена веществ, — пояснил Лукьянов. — В Сколтехе и МГУ сделали репортерную систему, которая позволяет различать соединения с двумя механизмами действия: подавляющие производство белка бактерией и влияющие на репликацию ДНК либо транскрипцию РНК». Все прочие механизмы в данном случае выделяют в общую третью категорию.
Для определения механизма, задействованного в каждом отдельно взятом случае, в системе используется двойной «репортерный штамм» кишечной палочки. Он искусственно лишен некоторых защитных механизмов, что позволяет лучше различать и измерять эффект от воздействия антибиотиков. Ученые Сколтеха культивировали репортерный штамм в чашках Петри и подвергли его воздействию тибетских экстрактов культуральных жидкостей, а также контрольных соединений — стандартных антибиотиков с двумя разными и заведомо известными механизмами действия. На основании того, насколько опасными исследованные вещества оказались для репортерного штамма по сравнению с контрольными антибиотиками, исследователи определили механизмы воздействия.
После этого они применили хроматографию и масс-спектрометрию — два высокоточных метода анализа состава смесей — и установили, какие именно химические соединения входят в состав экстрактов. Оказалось, что вода из соленых озер содержит хадамицины и кидамицины, а образцы тибетской почвы — рифамицины.
«Соединения из этих групп уже известны как антибиотики, но всё равно их присутствие в столь удалённом и высокогорном регионе — это в некотором смысле неожиданность, — отметил находку Лукьянов. — В подобных естественных средах могут скрываться и неизвестные антибиотики. Быть может, нам повезёт найти их в следующий раз».
Результаты исследования опубликованы в журналах Frontiers in Microbiology и Microorganisms.
