Исследователи, которые опубликовали свои выводы в раннем онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences на этой неделе, сделали свое открытие, разработав способ проведения эквивалента вскрытия бактериальных клеток.
«Это станет новым мощным инструментом для выявления соединений, убивающих бактерии, и определения того, как они работают», — сказал Джозеф Польяно, профессор биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавлявший исследовательскую группу. "У некоторых бактерий выработалась устойчивость ко всем известным классам антибиотиков, и, когда эти бактерии с множественной лекарственной устойчивостью вызывают инфекцию, их практически невозможно вылечить.
Существует острая потребность в новых антибиотиках, способных лечить инфекции, вызванные устойчивыми к антибиотикам бактериями."
Центры по контролю и профилактике заболеваний опубликовали в марте тревожный отчет о том, что устойчивые к антибиотикам штаммы Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae, или CRE, вызывают инфекции у пациентов почти в 200 больницах только в Соединенных Штатах. Поскольку никакие антибиотики на рынке не эффективны для лечения этих инфекций, около половины пациентов умирают от инфекций CRE.
Эти вспышки трудно сдержать, и во время вспышки клебсиеллезной пневмонии в 2011 г.S. Клинический центр Национального института здоровья, бактерии распространяются, несмотря на строгие процедуры инфекционного контроля, и были обнаружены в канализации и медицинских устройствах, которые подлежали стандартным протоколам обеззараживания.
«У нас, наконец, заканчиваются чудодейственные препараты», — сказал Поляно, подробно описав историю: антибиотик пенициллин был впервые обнаружен в конце 1920-х годов и получил широкое клиническое применение в 1940-х годах. Однако бактерии быстро приобрели устойчивость к пенициллину, поэтому были разработаны новые, улучшенные версии.
С тех пор идет непрерывная гонка за поиском новых антибиотиков, чтобы оставаться на шаг впереди развивающейся резистентности. Во время вспышки клебсиеллы в 2011 году бактерии выработали устойчивость даже к колистину, лекарству последней инстанции из-за его серьезных побочных эффектов.
За последние 25 лет количество новых антибиотиков, поступающих в клинику, резко сократилось.
В то же время у бактерий продолжает развиваться устойчивость ко всем доступным в настоящее время лекарствам, создавая текущую критическую ситуацию. Одна из основных проблем при идентификации новых антибиотиков и выводе их на рынок — это отсутствие понимания того, как работают молекулы.
«Легко идентифицировать тысячи молекул, способных убивать бактерии», — объяснил Кит Польяно, профессор биологии и соавтор статьи. «Сложнее всего выделить победителей из проигравших и выбрать молекулы, которые являются лучшими кандидатами для разработки лекарств.
Одним из ключевых элементов информации, необходимой для этого выбора, является знание того, как действует препарат, но эту информацию традиционно сложно получить, обычно требуя месяцев интенсивной работы. Мы применили методы 21 века, которые всего за два часа предоставляют эту информацию, что позволяет быстрее определять приоритеты новых молекул. Это откроет конвейер открытий, что позволит нам быстрее выявлять новые молекулы, которые потенциально могут попасть в клинику для лечения патогенов с множественной лекарственной устойчивостью."
Одним из ключей к этому новому подходу было сочетание инструментов микроскопии и количественной биологии. «Нам пришлось разработать все методы клеточной биологии и количественной биологии для получения данных самостоятельно, и это потребовало большой работы, но теперь, когда метод работает, это очень интересно», — сказал Пучит Нонеджуйе, аспирант в Отделение биологических наук и еще один соавтор. "Мои коллеги-химики могут дать мне новую молекулу утром, а к обеду я могу сказать им, какие клеточные пути, по которым они нацелены, могут.
Удивительно, насколько мощна эта технология."
Биологи Калифорнийского университета в Сан-Диего заявляют, что их новый метод не только меняет правила игры, но и обещает произвести революцию в том, как команды по открытию новых лекарств направляют свои исследования. С помощью предыдущих методов понимание того, как работает антибиотик, требует выполнения множества различных биохимических анализов, что требует много времени и относительно больших количеств соединения, которого почти всегда не хватает, когда оно впервые обнаруживается.
«Наш новый метод представляет собой первый раз, когда можно провести один тест и определить вероятный механизм действия нового соединения», — сказал Джозеф Польяно.
Он отметил, что научный сотрудник Энн Ламса уменьшила метод до минимума, так что для него требуется всего несколько нанограммов каждого кандидата в лекарство, сохраняя молекулы, которые часто доступны только в крошечных количествах. «Это также быстрее и может быть легко адаптировано для высокопроизводительных усилий по открытию новых лекарств», — добавил он. «Этот метод позволит нам быстрее идентифицировать химические вещества, убивающие бактерии, что ускорит разработку новых лекарств. Понимание того, как работают антибиотики, является ключом к пониманию того, как они развивают резистентность."
Польяно сказал, что его исследовательская группа, в которую также входил Майк Буркарт, профессор химии и биохимии, продолжит свои исследования антибиотиков. «Сейчас мы используем этот метод для поиска новых молекул, активных против бактерий, устойчивых к антибиотикам», — сказал он.