Сразу две команды американских учёных представили новые методики борьбы с супербактериями – невероятно опасными микроорганизмами, которые быстро вырабатывают устойчивость к существующим методикам лечения.
Первую работу представили исследователи из Медицинского колледжа Бейлора. Они решили лишить супербактерии их ключевой способности – вырабатывать адаптационные мутации и передавать их следующим поколениям.
Специалисты поясняют, что в основе естественного отбора лежит так называемое экологическое давление. В неблагоприятных условиях одни организмы погибают, а другие спасаются благодаря особым мутациям, которые затем передаются по наследству. Благодаря подобным генетическим преимуществам вид эволюционирует, и условия или факторы, изначально считавшиеся стрессовыми, ему уже не страшны.
В случае бактерий этим самым стрессовым фактором становятся антибиотики. Сперва они эффективны, но со временем микроорганизмы за счёт новых мутаций вырабатывают резистентность (и получают звание супербактерий).
По мнению учёных, создание более мощных антибиотиков – не самый эффективный способ борьбы с такими патогенами: последние рано или поздно выработают устойчивость и к новым препаратам. Но если лишить бактерии эволюционного преимущества, появится шанс победить их уже существующими средствами и даже собственными иммунными силами организма.
В ходе новой работы исследователи обнаружили, что одним из механизмов, с помощью которых антибиотики вызывают мутации лекарственной устойчивости у бактерий, является инициирование выработки высоких уровней токсичных молекул, называемых активными формами кислорода (АФК).
"Мы хотели понять молекулярный механизм, лежащий в основе эволюционной гонки вооружений, который патогены используют против нашей иммунной системы и против антибиотиков. Мы надеемся создать или идентифицировать принципиально новый вид лекарственного средства для замедления бактериальной эволюции. Не антибиотик, который убивает клетки или останавливает их размножение, а препарат, который позволит нашей иммунной системе и [другим] лекарствам бороться с инфекциями", – рассказывает ведущий автор исследования Сьюзан Розенберг (Susan Rosenberg).
В ходе экспериментов её команда воздействовала на бактерии вида Escherichia coli (кишечная палочка) низкими дозами часто используемого антибиотика ципрофлоксацина, который вызывает разрывы ДНК. Приблизительно 10-25% популяции бактериальных клеток генерировали высокие уровни АФК.
Но почему бактерии начали производить токсичные молекулы, которые могут их убить? Оказалось, что тем самым они усиливали уровень стресса, то есть создавали сами себе эволюционный импульс.
И это сработало. Стрессовый ответ заставил кишечную палочку восстанавливать ДНК не в первозданном виде, а с "ошибками", повышающими вероятность мутаций, которые защищают бактерии от воздействия антибиотика. Причём изначально таких мутаций микроорганизмы не имели.
В дополнительных экспериментах исследователи обнаружили, что воздействие лекарственного средства эдаравона, одобренного для лечения инсульта и бокового амиотрофического склероза, эффективно подавляет стрессовую реакцию и вызванные ципрофлоксацином мутации. Важно, что антибиотическая активность последнего при этом не снижается. Иными словами, один препарат мешает бактериям эволюционировать, тем самым усиливая действие второго.
В будущем научная группа Розенберг намерена проверить эффективность других "дуэтов" и провести доклинические, а затем и клинические испытания новой методики лечения.
Впрочем, авторы работы отмечают, что выявленный механизм – не единственная стратегия "эволюционного сопротивления" бактерий. К примеру, некоторые из них могут не передавать мутации по наследству, а обмениваться "выгодными" генами. Но не исключено, что эти процессы также помогут предотвратить новые комбинации препаратов.
Научная статья по итогам этой работы опубликована в журнале Molecular Cell.
Другая команда учёных из Университета Пердью и Бостонского университета также уверена, что злоупотребление антибиотиками лишь усугубляет ситуацию. Поэтому исследователи нашли альтернативный метод борьбы с супербактериями.
Специалисты работали с микроорганизмами вида Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк). Определённые штаммы этих бактерий могут быть опасны для здоровья. И они уже выработали устойчивость к "своему" антибиотику – метициллину, а также к ряду других антибактериальных средств.
По словам учёных, такие патогены несут угрозу в первую очередь для людей с ослабленной иммунной системой. Бактериальная инфекция часто встречается у пациентов в больницах и пожилых людей в домах престарелых.
Золотистый стафилококк может вызывать широкий диапазон заболеваний – от лёгких кожных до респираторных, костных и эндоваскулярных.
Однако, согласно новым данным, сделать бактерии уязвимыми к обычному лечению поможет воздействие синего света (который, напомним, безопасен для клеток млекопитающих).
Специалисты поясняют, что некоторые бактерии, включая определённые штаммы стафилококка, производят специфические пигменты. От них зависит способность микроорганизма наносить вред "хозяину". И если разрушить такие пигменты, можно снизить активность бактерий.
Исследователи прибегли к методике под названием фотообесцвечивание, которая позволяет ослабить бактериальный пигмент. Это похоже на процесс отбеливания вещей в стиральной машинке, но вместо химикатов используется синий свет, поясняют авторы работы.
В ходе экспериментов они подвергали воздействию синего света раны мышей, заражённых стафилококковой инфекцией. Оказалось, что после такой светотерапии патогены становятся беззащитны даже перед обычной перекисью водорода.
Команда уже запатентовала устройство, которое использует эту методику обезвреживания бактерий.
"Этот новый инструмент поможет лечить любые поверхностные раны, инфицированные устойчивым к метициллину золотистым стафилококком. Само устройство очень маленькое и простое в использовании. Мы надеемся, что через несколько лет каждый сможет носить его с собой", – сообщил глав научной группы профессор микробиологии Мохамед Селим (Mohamed Seleem).
Об этой работе подробнее рассказывается в статье, опубликованной в журнале Advanced Science.
Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о том, каким странам больше всего угрожают супербактерии.
