Изображение. Новая система скрининга антибиотиков, предложенная авторами исследования, оказалась чувствительна как к фидаксомицину, так и к рифампицину. Эти уже известные лекарства ингибируют синтез бактериальной РНК на разных стадиях этого процесса. Источник: Антон Иззи и др./International Journal of Molecular Sciences

Российские исследователи из Сколтеха (группа ВЭБ.РФ) и других научных центров представили обновлённую репортерную систему — инструмент для поиска новых антибиотиков. Система позволяет проводить отбор действующих веществ, нарушающих синтез РНК у грамотрицательных бактерий. К ним относится, например, мультирезистентная синегнойная палочка — опасный возбудитель больничных инфекций, уже адаптировавшийся к существующим антибиотикам. Воздействие на синтез РНК считается перспективным механизмом действия новых лекарств, поскольку таких препаратов пока мало и бактерии не успели к ним приспособиться. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences и поддержано грантом РНФ.

Из-за неконтролируемого приёма антибиотиков у бактерий формируется устойчивость к препаратам. В результате даже безвредные прежде микробы становятся опасными. Например, синегнойная палочка, распространённая в воде и почве и охотно заселяющая поверхности медицинского оборудования, за последние 50 лет последовательно приобрела устойчивость к нескольким классам антибиотиков, став опасным возбудителем больничных инфекций. Золотистый стафилококк обитает на коже здорового человека, но при ослабленном иммунитете может вызывать пневмонию и другие заболевания. Эта бактерия тоже приспособилась сразу к нескольким антибиотикам, которые убивали её раньше.

«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, — объяснил научный руководитель исследования, старший преподаватель Дмитрий Лукьянов из 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 ещё не значит, что надо ставить крест на всех похожих молекулах. Иногда соединение можно немного видоизменить так, что оно снова станет действенным».

Учёные из Сколтеха 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 потому, что патогены ещё не успели к нему хорошо адаптироваться, ведь на рынке сравнительно мало таких препаратов — главным образом рифампицин и фидаксомицин.

Первый автор исследования, биолог Антон Иззи рассказал, как такой поиск выглядит на практике: «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 распространённый 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)».

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 в свою очередь служит шаблоном для построения определённого белка. Эту матричную РНК обнаруживают методом ПЦР в реальном времени, и предложенная исследователями система даёт 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.