Подпишись на новости
Теория и практика / Инновации
Источник: Наш собеседник: Слава Эпштейн, микробиолог, профессор Северо-Восточного университета (США)

Мы ищем молекулы, которые убивают только один патоген и не затрагивают другие бактерии

Эксперты ВОЗ бьют тревогу: бактерии вырабатывают все большую устойчивость к антибиотикам. В 2017 году из-за этого погибло 900 тыс. человек, а к 2050 году эта цифра может увеличиться до 10 млн. Но надежды на возрождение индустрии антибиотиков есть. И они во многом связаны с открытием небольшой группы ученых-биологов…
Опубликовано: 23 апреля 2018 г.

Расскажите о вашем открытии. Почему, как вам кажется, оно поможет человечеству победить в войне с патогенными микроорганизмами?

Сначала я расскажу об одном мысленном эксперименте. Допустим, вам нужно провести опыты с какой-то бактерией. Вы берете ее из почвы, сажаете в активную среду чашки Петри – и, возможно, через некоторое время она создаст колонию, которую вы сможете исследовать. Это называется культивированием. Но вы можете поступить и по-другому. Взять бактерию из почвы, чтобы отнести в лабораторию, но на полпути изменить решение. И вернуть клетку в то же место, откуда взяли. Предположим, что вы ее не повредили, и она из той популяции, которая сейчас активно растет и чувствует себя хорошо. Что сделает эта клетка? Она, очевидно, тоже будет расти и создаст новую колонию. И это тоже будет культивирование!

Правда, довольно бессмысленное, потому что мы никак не сможем воспользоваться его результатами…

Именно. Колония нашей клетки будет смешана с огромным количеством других колоний, которые там до этого росли. И вообще ситуация ничем не отличается от той, как если бы мы эту клетку вообще не трогали. В чем же тогда результат этого мысленного эксперимента? А вот в чем. Десятилетиями микробиологи пытались улучшить чашку Петри, потому что 99% микробов не могут и никогда не смогут в ней вырасти и образовать колонии. Десятилетиями они пытались видоизменить ее, то есть, по сути, улучшить способ культивирования. Но культивирование – это не проблема. Культивировать можно и в природе. И, кстати, здесь, в отличие от лаборатории, не нужно думать, чем кормить микроорганизмы, потому что природа сама предоставит все необходимые питательные вещества. Проблема, которую решали люди, - не та проблема, которую надо было решать. Нужно было думать, как отделить рост одной колонии от другой. А это уже инженерный, вопрос.

Мы решили его, и таким образом получили доступ к 99% бактерий, которые было невозможно культивировать на чашке Петри.

Что же вы придумали?

Представьте, что я возьму клетку и посажу ее в мешочек с полупроницаемыми мембранами – очень маленькими порами диаметром 0,02 микрона. Это в 10 раз меньше, чем величина самой маленькой бактерии. Поры малы для того, чтобы бактерия могла сквозь них пройти. Но, с другой стороны, достаточны для того, чтобы к нашей пленнице из почвы поступали все питательные вещества.       Клетка внутри мешочка никогда не узнает, что ею манипулировали. Она будет думать, что она в природе  и она там вырастет… Несколько лет назад мы придумали довольно примитивный приборчик – диффузную камеру, с помощью которого можно было бы выращивать колонии клеток непосредственно в природе. Потом мы его усовершенствовали – сделали большим, с несколькими диффузными камерами, его производительность выросла -  и назвали Isolation Chip, или сокращенно i-Chip. 

За 12 лет работы мы с помощью i-Сhip смогли вырастить 62000 разновидностей «некультивируемых» почвенных бактерий. Мы открыли 32 потенциальных антибиотика. Среди них, например, теиксобактин, который оказался  эффективен против сибирской язвы, туберкулеза, псевдомембранозного колита, золотистого стафилококка и пневмококков. Он убивает микроорганизмы, которые сейчас устойчивы ко всем известным антибиотикам! Но главное его достоинство даже не в этом. Нам до сих пор не удалось создать мутанта, который был бы к нему устойчив.

Он уже прошел все необходимые клинические исследования?

Знаете, оказалось, что это чудовищно длительный процесс. Теиксобактин уже работал, когда мы в 2015-м напечатали статью о нем в журнале Nature. Но потом наша команда столкнулась с проблемой – мы долго не могли поднять его концентрацию в крови мышей и вообще животных до уровня, который был бы необходим. Проблема заключалась в том, что теиксобактин не растворялся как следует. Бороться с этим можно двумя способами. Первый – это найти такой состав, в котором он мог бы раствориться. А второй – отдать молекулу химикам, чтобы они с ней «поиграли». Видоизменили в одной части, в другой, в надежде на то, что активность вещества не изменится, а его растворимость повысится.  Мы получили достаточно большое количество денег от Федерального Правительства и в итоге нашли решение. Правда, теперь это не теиксобактин в воде, а теиксобактин, растворенный в чем-то еще. Из-за этого абсолютно все опыты, произведенные с теиксобактином, о которых мы писали в 2015-м, должны быть проведены с самого начала, как бы с нуля.

Конкретно сейчас мы изучаем его токсичность на крысах. Если не встретимся ни с какими другими препятствиями, то, наверное, года через полтора теиксобактин будет испытываться на людях.

Вы упомянули, что получили «достаточно большое количество денег от Федерального Правительства». А кто еще финансирует ваши исследования? И как насчет 1 миллиарда долларов, который то же Правительство США обещает выплачивать за каждый открытый антибиотик?

- Наша небольшая компания существует с 2003 года.  За это время мы истратили в районе 40-50 миллионов долларов. То есть наш  годовой бюджет составляет около 3 млн долларов. 90% этих денег – из федеральных грантов и от частных фондов, таких, как Bill & Melinda Gates Foundation (Фонд Билла и Мелинды Гейтс.) Поскольку прогресс наш положительный, мы и дальше будем получать гранты, в этом нет никаких сомнений. Хотим ли мы получить миллиард за антибиотик? Да, конечно, но мы должны разработать антибиотик, пройти с ним все испытания, получить разрешение на его использование от FDA (Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. – Прим. ред). По совокупности, нам предстоит еще очень большая работа, и она потянет на тот же миллиард долларов.

Возьмите хотя бы даптомицин – последний действительно новый антибиотик. Вообще он достаточно проблемный. Во-первых, довольно токсичный для людей. Во-вторых, его нельзя принять в виде таблетки, он вводится в кровь, поэтому использовать его можно только в стационаре. Короче говоря, у него много недостатков. И тем не менее прибыль от продаж даптомицина превышает 1 млрд.  долларов в год. Компанию, которая разработала эту молекулу, недавно купил Pfizer за 9 млрд. долларов. Вы понимаете, какой финансовый интерес в разработке молекулы антибиотика, даже если у него есть существенные недостатки? И чего можно лишиться в обмен на государственный миллиард? Ни один правительственный фонд никогда не будет способен заплатить компании столько, сколько она может получить после продажи одной-единственной молекулы.

Где вы сейчас ищете новые бактерии? Только ли в почве?

Нет, конечно. Но конкретно сейчас мы пытаемся доработать i-Chip, чтобы им мог пользоваться абсолютно любой человек, а не только специально обученные микробиологи. У нашей компании, например, есть договор с одной небольшой американской организацией. Она занимается пропагандой микробиологии в школах и колледжах. Когда у нас будет i-Chip, которым смогут пользоваться даже школьники, во всех этих учебных заведениях будут выращивать микроорганизмы и искать антибиотики. Ученики, конечно, смогут пройти только часть пути, но если у них будут результаты, они передадут их нам, а уж мы будем доводить дело до конца.

Если говорить о каких-то необычных местах… У меня мечта поискать антибиотики в Антарктиде. Там есть гора, которая является активным вулканом. В ней есть большие ледяные пещеры, которые снаружи охлаждаются воздухом Антарктиды, а изнутри подогреваются гейзерами. Микробиологи пытались вырастить в этих местах бактерии, но им это не удавалось (хотя если посмотреть на количество ДНК в почве, там их полно, и, скорее всего, у них высокая степень новизны). Я сейчас как раз веду переговоры с новозеландскими коллегами об использовании i-Chip там. Я абсолютно уверен, что мы сможем вырастить бактерии там, где никто до сих пор не смог вырастить ни одной.

- Одновременно с поисками антибиотиков ищется альтернатива им. Говорят, конкуренцию противомикробным препаратам могут составить бактериофаги. Вы согласны с этим?  

- Нет ни одного здравомыслящего микробиолога, который бы сказал, что антибиотики – это хорошо, а бактериофаги – нет. И то, и другое надо изучать, потому что никто точно не знает, что лучше «выстрелит» в борьбе с той или иной инфекцией. С бактериофагами есть одна проблема – у них очень высокая специфичность. Это, безусловно, их сильная сторона, потому что если вы найдете бактериофага, который может убить конкретного возбудителя, он убьет конкретно этого возбудителя. И токсичность будет равна нулю. И у вас в кишечнике не будут уничтожены полезные бактерии. Но это одновременно и их слабая сторона. Потому что вам нужно найти бактериофаг, который специфичен для вашей инфекции. А когда вы заболеваете и идете к доктору, у него нет времени на многонедельные (если не многомесячные) поиски возбудителя вашей болезни, выделения его в культуру, поиски бактериофага и т. д. Он неизбежно пропишет вам антибиотик широкого спектра действия в надежде на то, что он убьет и вашу инфекцию тоже. Проблема с бактериофагами не в том, что метод не работает, а в том, что у нас пока нет возможности быстро диагностировать болезнь. Если бы доктор мог найти возбудителя в течение часа, то тогда масса методов борьбы с инфекцией стали бы эффективны. А пока без хороших, быстрых методов диагностики мы в реальной жизни будем использовать антибиотики.

Есть мнение, что современные антибиотики все чаще работают плохо, а к старому пенициллину чувствительность некоторых бактерий улучшается. Более того – растет поколение людей, у которых нет к нему резистентности. Так, может, будущее за хорошо забытым старым?

Это неправда, что к пенициллину нет устойчивости. Основные патогенны, самые страшные – например, золотистый стафилококк, - они устойчивы ко всем антибиотикам, включая пенициллин. Возможно, что есть какие-то инфекции, которые когда-то лечились пенициллином, потом у них появилась к нему устойчивость, потом пенициллин перестали применять, и устойчивость пропала – возможно, такие бактерии существуют. Но наши главные враги – они не потеряли устойчивости к пенициллину или каким бы то ни было другим антибиотикам.

От какой болезни вы мечтаете создать лекарство?

Я, скорее, хочу найти не лекарство, а молекулу с определенными свойствами.. Казалось бы, нужно мечтать о том, чтобы открыть антибиотик, который убьет всех патогенов. Но точно так же, как специфичность бактериофагов является одновременно их сильной и слабой стороной, молекула, убивающая всех патогенов, убивает и все полезные бактерии. И тогда, скорее всего, оппортунистические виды получат возможность быстро размножаться в кишечнике, и среди них будут другие патогены. А значит, убив одну болезнь, мы вызовем бактериальное заболевание в себе же. Поэтому мне бы хотелось найти молекулу, которая обладает специфичностью бактериофагов, оставаясь при этом антибиотиком.

Значительная часть усилий нашей компании уходит именно на это. Мы ищем молекулы, которые убивают только один патоген и не затрагивают другие бактерии. Скорее всего, их применение, как и в случае с бактериофагами, будет ограничено только хроническими заболеваниями. Но среди них есть очень грозные. Найти действительно эффективное лекарство от, например, туберкулеза очень почетно! И у нас уже есть пара многообещающих кандидатов на этот пост – например, лассомицин. Он уже работает на мышах, и у него очень высокая специфичность.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Стрептомицин был открыт в 1943 году, а  устойчивость к нему появилась в 1958-м. Тетрациклин – в 1948 году,  резистентность к нему – в 1952-м. Пенициллин реальное применение нашел во время войны, в 1942 году, а первый случай устойчивости к нему возник сразу после Второй мировой, в 1945-м. В последнее время ситуация стала еще хуже. Последний открытый антибиотик, даптомицин, был впервые применен в клинике в 2003-м, а первый случай устойчивости к нему был описан в 2005-м. Иными словами, открытия остановились, а устойчивость к антибиотикам возрастает.

Почему остановились открытия? Эпштейн и его коллеги связывают это с использованием чашки Петри. На ней могут создать колонии лишь 1% из всех существующих антибиотиков, и этот 1% уже исчерпал себя. Изобретенный Эпштейном i-Chip поможет получить доступ к 99% другим бактериям, а значит, даст возможность открывать новые антибиотики.

 

НЕОБХОДИМАЯ ПРОФИЛАКТИКА

Пока ученые ищут новые антибиотики, что делать нам? Соблюдать эти простые правила, чтобы не вырабатывалась резистентность.

* Помнить, что антибитик всегда назначает врач.

* Сначала назначают более слабый препарат, если эффекта нет - более сильный. Ведь если бактерии сумеют приспособиться к сильному антибитику, у врача не останется резерва в лечении.

* Обязательно пройти полный курс терапии, не бросать пить таблетки, даже если кажется, что вы выздоровели!

* Антибиотики не пьют для профилактики (за редкими исключениями - например, при установке зубных имплантатов).

* Подавляющее большинство антибиотиков принимают вместе с противогрибковым и бифидобактериальным препаратами.

* После курса лечения нужно сдать анализы крови и мочи, чтобы проверить, побеждена ли инфекция, и нет ли осложнений.

 

Опубликовано: 23 апреля 2018 г.

Комментарии

Уважаемые пользователи! Упоминания названий любых лекарственных препаратов, БАДов (советы по применению), медицинских изделий, медицинских организаций, других товаров и услуг, рассматриваются как реклама и удаляются в соответсвии с п.4.6. Правил Форума

НАУКА ДЛЯ ЖИЗНИ

Похудение без усилий «Вы едите все, что вам нравится, мало двигаетесь – и неуклонно худеете. Хорошо? Не очень. Колебания веса на 1–2 килограмма – это нормально. Но если вы потеряли более 5% от вашей исходной массы, и это никак не объясняется изменениями вашей диеты и образа жизни – стоит насторожиться. Симптомом каких заболеваний может быть резкая потеря веса? »
Другой факт Читать статью