К АНТИБИОТИКУ НОВОГО ТИПА

…В свое время открытие антибиотиков произвело настоящую революцию в медицине, однако уже сейчас, по прошествии времени, ученые и эксперты в области здравоохранения вынуждены признать, что возбудители инфекционных заболеваний научились приспосабливаться к действию этого типа лекарственных средств. Одно из решений проблемы — разработка препаратов принципиально нового поколения. Об альтернативе традиционным антибиотикам, создаваемой на основе антимикробных пептидов, бактерий — симбионтов энтерококков — интервью «НУ» с научным сотрудником Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (г. Оренбург), лауреатом стипендии президента РФ для молодых ученых, кандидатом биологических наук Алексеем Васильченко.
— Алексей Сергеевич, в чем преимущество антимикробных пептидов по сравнению с классическими антибиотиками?
— Не секрет, что одна из самых серьезных проблем современной санитарной и клинической медицины — устойчивость микроорганизмов к используемым в клинической практике антибиотикам. Помощник генерального директора ВОЗ по вопросам безопасности в области здравоохранения доктор Кейджи Фукуда даже назвал антибиотикорезистентность одним из основных глобальных вызовов, с которой столкнулось человечество в настоящее время. Сложность состоит в том, что в мире микроорганизмов все процессы изменчивости и отбора происходят чаще и проявляются быстрее, а значит, вновь созданный препарат для борьбы с инфекцией необязательно будет абсолютной панацеей.
Вместе с тем антимикробные пептиды в определенном смысле также являются антибиотиками, но иного происхождения. Это синтезируемые на рибосомах короткие последовательности аминокислот, которые в силу своих физико-химических свойств эффективно воздействуют на микроорганизмы, подавляя их развитие. Поскольку способностью синтезировать такие пептиды обладают многие живые существа, она рассматривается как наиболее древний и универсальный механизм защиты организма от чужеродных агентов.
Антибиотикорезистентность обусловлена различными факторами: микроорганизмы научились либо изменять ту мишень, на которую направлено действие антибиотика, либо разрушать антибиотик «на подлете», производя соответствующие ферменты. В то же время большинство антимикробных пептидов воздействуют в основном на клеточную стенку бактерий. Поскольку это та структура, которая делает клетку клеткой, изменить ее основные характеристики и выработать устойчивость микроорганизму не так-то просто. Кроме того, подобные преобразования чрезвычайно нагружают метаболизм бактерии. Поэтому резистентность к антимикробным пептидам если и возникает, то в редких случаях и зачастую является временной. В этом и заключается преимущество подобных веществ перед традиционными антибиотиками.
— И как в этом деле могут помочь энтерококки?
—Энтерококки — это микроорганизмы, которые наряду с лакто- и бифидобактериями обитают в кишечнике человека и животных, принимая участие в формировании естественного иммунитета организма-хозяина. Несмотря на это они также могут быть причиной различных инфекций, в том числе с серьезными последствиями для носителя. Двойственная роль этих бактерий в симбиозе с макроорганизмом и есть причина, по которой энтерококки — предмет пристального  изучения ученых различных стран. И здесь интерес в первую очередь связан с антагонистической активностью этих бактерий по отношению к ряду болезнетворных микробов.
— То есть сами энтерококки вырабатывают антимикробные пептиды?
— Да, они, как и другие бактерии, продуцируют такого рода пептиды. Их также называют бактериоцинами или, в случае с энтерококками, энтероцинами. Бактериоцины позволяют продуцирующим их бактериям регулировать численность внутри популяции, а также воздействовать на представителей близких видов. Сама выработка пептидов происходит в ответ на внешнее воздействие. Дело в том, что популяция микроорганизмов — это не просто скопление клеток, а некая социальная структура со своим способом общения между ее представителями,  с так называемым «чувством кворума». А реализуется это общение за счет различных химических веществ — аутоиндукторов чувства кворума, которые вырабатываются всеми членами популяции. Стоит только популяции разрастись до критических значений, как запускаются механизмы регуляции. Именно в ответ на воздействие аутоиндукторов и вырабатываются, в частности, бактериоцины. 
— Чем пептиды, полученные от энтерококков, отличаются от пептидов, полученных от другого рода бактерий?
— Существует универсальная классификация бактериоцинов. Она включает четыре группы, различающиеся структурой, физико-химическими свойствами, особенностями синтеза и секреции. Энтерококки продуцируют бактериоцины, относящиеся к трем наиболее представительным группам и очень похожие на бактериоцины, производимые другими молочнокислыми бактериями. Возможно, более интересным был бы вопрос, чем отличаются антимикробные пептиды бактерий от продуцируемых другими организмами? И здесь исследователи выделяют несколько основных отличий. Во-первых, антимикробное действие бактериоцинов распространяется на относительно узкий круг микроорганизмов, и при создании препаратов такая избирательность может иметь значение. Во-вторых, действующие концентрации бактериоцинов зачастую на порядок меньше по сравнению с антимикробными пептидами, например, животного происхождения. И, в-третьих, бактериционы не оказывают повреждающего действия на клетки организма.
— В отношении каких инфекций они могут быть эффективны?
— Круг чувствительных микроорганизмов включает такие патогены, как листерии, стафилококки, бациллы, вызывающие инфекции человека и животных.
— Какой путь нужно пройти, чтобы перейти к созданию лекарственных средств на основе антимикробных пептидов энтерококков?
— Среди пептидных антибиотиков, уже используемых в практической жизни человека, наиболее известен препарат на основе низина — бактериоцина, производимого лактобактериями. Это средство одобрено управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и эффективно подавляет листерии, опасных возбудителей пищевых инфекций. Поэтому в первую очередь оно используется как пищевой консервант. Другая форма применения — это пробиотики, т.е. вещества, используемые уже в терапевтических целях. Так вот, хотя  пробиотики, созданные на основе культур бактериоциногенных микроорганизмов, и позволяют добиться хороших результатов в профилактике пищевых инфекций, непосредственно целей терапии они малоэффективны. Более перспективным представляется введение в организм так называемого очищенного бактериоцина, и здесь необходимо преодолеть ряд трудностей.
Во-первых, микроорганизмы в естественных условиях секретируют очень незначительное количество антимикробных пептидов, и поэтому необходимы какие-то манипуляции по увеличению их выработки. Во-вторых, лабораторные методы очистки целевого вещества от примесей позволяют получить в лучшем случае миллиграммовые количества. В-третьих, предстоит найти оптимальный способ доставки препарата на основе бактериоцинов к месту инфекционного процесса.
Но прежде чем перейти к созданию препарата в промышленных масштабах, необходимо провести лабораторные исследования: изучить структурные характеристики вещества, биологические особенности продукции и антимикробного действия, включая исследования токсических свойств в отношении животного организма. В частности, наша лаборатория дисбиозов имеет многолетний опыт исследования энтерококков, выделенных из кишечника человека. При этом к настоящему моменту создана коллекция микроорганизмов, включающая несколько сотен уникальных штаммов энтерококков, значительная часть которых демонстрирует способность подавлять возбудителей инфекций. Последние работы сконцентрированы именно на получении чистых препаратов бактериоцинов и изучении их физико-химических характеристик, а также исследовании механизмов антимикробного действия на клеточном и молекулярном уровне. Но путь к созданию лекарственного средства долог, труден и дорог. Статистика такова, что множество различных антимикробных пептидов уже прошли ряд доклинических испытаний, но препаратов, прреодолевших все необходимые этапы, пока еще очень мало.

Подготовил Павел КИЕВ
В центре — схема действия бактериоцина;
слева — А.С. Васильченко.