Новый инструмент ускорит поиск антибиотиков против устойчивых микробов

Из-за неконтролируемого приема антибиотиков бактерии становятся устойчивы к препаратам. В результате даже безвредные прежде микробы превращаются в потенциально опасные.

«Один из основных способов бороться с устойчивостью к антибиотикам — поиск новых действующих веществ. Важным этапом изучения новых соединений является определение молекулярного механизма их действия, что в дальнейшем может помочь преодолевать резистентность бактерий, — говорит Дмитрий Лукьянов, научный руководитель исследования, старший преподаватель Центра био- и медицинских технологий Сколтеха. — Знать механизм действия каждого лекарственного вещества важно затем, что впоследствии мы можем детально изучить, как это вещество работает, и химически модифицировать его. Ведь если у бактерии выработалась устойчивость к одному соединению, то это еще не значит, что надо ставить крест на всех похожих молекулах. Иногда соединение можно немного видоизменить так, что оно снова станет действенным».

Ученые усовершенствовали инструмент направленного поиска антибиотиков против грамотрицательных бактерий (таких как синегнойная палочка), сделав его чувствительным к веществам, нарушающим биосинтез РНК — ключевой молекулы для жизнедеятельности бактериальной клетки. Поиск лекарств с таким механизмом действия перспективен: патогены еще не успели к нему адаптироваться, так как на рынке сравнительно мало подобных препаратов. 

«Коллеги формируют базу веществ-кандидатов, среди которых может оказаться перспективный антибиотик, и присылают данные вещества нам на скрининг. Мы тестируем их на бактериях в лаборатории. Допустим, бактерии умирают. Таких веществ много, но этого мало: мы хотим знать, почему. Вещество может оказаться токсичным не только для бактерий, но и для клеток человека. Или оно может иметь распространенный механизм действия, устойчивость к которому, как следствие, тоже встречается сравнительно часто. Так вот, наша репортерная система расшифровывает механизм действия: если антибиотик воздействует на рибосомы (как тетрациклин), система это покажет. Если на синтез ДНК (как новобиоцин) — тоже покажет. Теперь же этот набор расширился, и новая система способна "видеть" воздействие на синтез РНК (как у рифампицина)», — объясняет Антон Иззи, первый автор исследования, биолог. 

Новая репортерная система основана на специальном лабораторном штамме кишечной палочки. У бактерии есть ген, который при нарушении транскрипции (синтеза РНК) экспрессируется сильнее, чем при другом стрессовом воздействии. Это значит, что он начинает активнее работать: на основе этого гена синтезируется больше матричной РНК, которая служит шаблоном для построения определенного белка. Эту матричную РНК обнаруживают методом ПЦР в реальном времени, и предложенная исследователями система дает сигнал: исследуемое вещество-кандидат ингибирует синтез РНК.

Использование репортерной системы ускоряет скрининг, а значит, повышаются шансы найти новые лекарственные молекулы против антибиотикорезистентных штаммов опасных патогенов.

Если подобную систему не использовать, то на этапе отбора действующих веществ нужно исследовать структуру их молекул, догадываться по ней о потенциальных мишенях и проверять эти мишени — множество дополнительных тестов.