Большие открытия в домашней лаборатории

Российские учёные придумали, как волонтёры могут помочь в поиске новых продуцентов антибиотиков.

Гонка вооружений

Многие существующие антибиотики теряют свою эффективность, и врачам становится всё сложнее лечить пациентов. Дело в том, что бактерии часто мутируют и за счёт этого быстро вырабатывают устойчивость к антимикробным препаратам. Кроме того, бактерии разных видов ещё и умеют обмениваться между собой генами —  передавать друг другу полезные свойства, полезные для бактерий, конечно же. Поэтому исследователям ничего не остаётся, кроме как искать и разрабатывать новые антимикробные препараты — это одна из главных задач здравоохранения во всем мире. И в этой гонке нам жизненно необходимо быть хотя бы на полшага впереди.

Однако найти новый антибиотик не так уж просто. Ученые действуют по-разному: кто-то ищет новые мишени воздействия в бактериальной клетке, кто-то моделирует молекулы, которые могли бы убить «вредителя» или помешать ему размножаться, кто-то пытается обойти механизмы устойчивости. А некоторые исследователи полагаются на природу и ищут организмы, которые уже научились противостоять резистентным бактериям.

Такими организмами могут оказаться и сами бактерии, ведь антибиотик — это средство борьбы не только с инфекциями, но и с конкурентами за ресурсы. Так, в 1940–1960-х годах новых продуцентов антибиотиков находили буквально в почве. Но в середине XX века учёные больше сосредоточились на модификациях уже имеющихся антибактериальных препаратов или моделировании новых и забыли про кладезь природы. Кажется зря.

Возвращение к истокам

Актиномицеты — преимущественно почвенные бактерии, формирующие структуры, похожие на грибной мицелий. Долгое время они были источником новых антибиотиков, однако с каждым годом становится всё сложнее находить новые виды актиномицет и новые антибиотики. Недавно команда исследователей из Сколтеха, МГУ, Института биоорганической химии РАН и Университета «Сириус» нашла способ упростить этот поиск. Учёные создали репортёрные плазмиды, чувствительные к антибиотикам актиномицет, — небольшие участки ДНК, которые поглощаются бактерией и сигнализируют о наличие тех или иных веществ в её клетке (например, она начинает светиться). С помощью разработанного метода исследователям уже удалось открыть два новых штамма представителей актиномицетов — стрептомицетов (Streptomyces): один из них, KB-1, производит предшественника других антибиотиков — пикромицин, а второй, BV113, — противоопухолевое антибактериальное вещество — шартрезин.

Фотография тест-блоков. В центре кругов находятся отдельные виды бактерий, а диаметр круга указывает на интенсивность роста микроорганизма. При этом цвет определяет вид бактерии и тип продуцируемых ею антибиотиков. Илл.: I. Volynkina et al, Antibiotics 2022, researchgate.net.

Чтобы найти новые актиномицеты — необходима широкая география поисков, ведь в различных условиях живут разные по своим свойствам бактерии, которые, быть может, ещё не попадались на глаза учёным. Вот здесь как раз и пригодится помощь школьников, студентов и просто увлечённых наукой людей. Но перед этим волонтёров нужно подготовить к поиску продуцентов антибиотиков, и этому вопросу авторы статьи уделили отдельное внимание.

Руководство к действию

А дело это не самое простое. Например, кишечная палочка (E. coli), несущая в себе репортёрную плазмиду, до начала эксперимента должна находиться при минус 80 °С – так она не потеряет свои свойства. Очевидно, не у всех под боком есть такие температуры, поэтому вместо заморозки команда учёных использовала мягкую сушку бактерий — в таком состоянии они легче переживают длительное хранение и смогут доехать до волонтёров в целости и сохранности. Так что же со всем этим предлагается делать добровольцам?

1. Сначала нужно выбрать территорию, детально её описать и собирать с неё образцы почв или донных отложений.

2. Затем с помощью присланного набора стерильных инструментов участники проекта готовят из собранных образцов суспензию и наносят её на питательные среды, где микроорганизмы растут и размножаются (культивируются). Если у волонтёра вдруг оказался под рукой термостат (например, в студенческой лаборатории), то процесс займет 24 часа, а если нет — культивировать бактерии придётся 2–3 недели.

3. Далее необходимо выделить разные виды бактерий, нанести их по отдельности на разные чашки Петри с питательной средой и оставить жить свою лучшую жизнь ещё на пару недель. Важно делать по две чашки с каждым видом микроорганизма — одну для собственных экспериментов, а вторую для отправки в исследовательский центр в Москве.

4. И, наконец, участники проекта вырезают кусочки питательной среды и наносят их на тест-блок, содержащие E.coli, несущие в себе репортерные плазмиды, — чтобы определить производит ли обнаруженная бактерия какой-то эффективный антибиотик.

Схема исследования. Волонтёрская часть: А — сбор образцов почвы, B — культивирование микроорганизмов из образцов, C — выделение отдельных видов бактерий, D — использование тест-блоков для определения вида бактерии и типа продуцируемого ею антибиотика. Лабораторная часть: E — более тонкое культивирование присланных волонтёрами микроорганизмов, F — выделение антибиотика из бактерии, G, H — изучение антибиотика с помощью научного оборудования. Илл.: I. Volynkina et al, Antibiotics 2022, researchgate.net.

Заключение

Если бактерия предположительно окажется источником нового антибактериального соединения, учёные проекта продолжат исследования с ней уже в лаборатории при помощи сложных научных инструментов: определят структуру нового антибиотика и классифицируют микроорганизм. А вы хотели бы поучаствовать в таком проекте и открыть новый штамм бактерий? Если да, то мне удалось развеять ваши сомнения насчёт трудностей в помощи большой науке!

Материал подготовлен в партнёрстве с проектом «Люди науки» — платформой научного волонтёрства в России. Ищите другие проекты гражданской науки на сайте citizen-science.ru. Проект «Люди науки» — Победитель Международной Премии #МыВместе, премия.мывместе.рф.