Число новых антибиотиков за последние десятилетия практически не увеличилось, и это происходит на фоне резкого роста лекарственной устойчивости болезнетворных бактерий. Источником новых лекарств могут стать бактерии из далекого прошлого нашей планеты, в геноме которых закодированы метаболиты, которые они производили тысячи лет назад
Бактерии в процессе своей жизнедеятельности производят огромное количество метаболитов – химических соединений, необходимых им как для выживания, так и для получения эволюционных преимуществ. К последним относятся метаболиты, позволяющие этим одноклеточным микроорганизмам взаимодействовать друг с другом или защищаться от внешних угроз. Такие бактериальные продукты часто используют в качестве лекарств – в основном антибиотиков и противораковых препаратов.
Но современные бактерии представляют собой лишь крошечную часть разнообразного множества, населявшего Землю в течение миллиардов лет. Бактерии постоянно эволюционируют, меняясь в ответ на изменения окружающей среды, и сейчас производят уже совершенно другие метаболиты, чем десятки тысяч лет назад. Но что, если среди этих бактериальных продуктов были такие, которые можно использовать в медицине в наши дни?
Известно, что относительно недавно – 25–10 тыс. лет назад – на Земле случился серьезный климатический сдвиг: холодную и изменчивую эпоху плейстоцена сменил более теплый голоцен. Образ жизни людей резко изменился: они «вышли» из пещер, начало развиваться сельское хозяйство и животноводство, а в рационе появились новые продукты питания. В процессе адаптации к новой среде обитания люди контактировали с различными, новыми для себя микробами. Некоторые из них сейчас либо не существуют в прежнем виде, либо уже не связаны с человеком. И эти древние геномы сегодня можно реконструировать с помощью технологий палеогенетики.
Бактериальные продукты обычно закодированы в кластерах генов. Обнаружить и реконструировать такие кластеры из древней ДНК трудно, потому что очень старый генетический материал извлекается в виде множества крошечных фрагментов длиной менее 50 нуклеотидов.
Но эта проблема была решена немецкими исследователями, которые секвенировали (определили последовательности) фрагменты древней ДНК, извлеченной из зубного камня 12 неандертальцев и 52 людей современного физического типа, которые жили в период от 100 тыс. лет назад до настоящего времени. Затем с помощью методов биоинформатики ученым удалось на основе этих данных реконструировать несколько сотен геномов бактерий, которые некогда присутствовали в ротовой полости этих людей.
В результате был обнаружен один генный кластер, общий для значительной доли неандертальцев и людей современного физического типа, живших в период среднего и верхнего палеолита (300–12 тыс. лет назад). Этот кластер принадлежал зеленым серным бактериям рода Chlorobium.
Синтезировав этот кластер генов, исследователи вставили его в геном современной бактерии Pseudomona protegens, где он успешно заработал. «Древние» органические гетероциклические соединения, которые были синтезированы в бактериальной клетке, назвали палеофураны А и В. Ученые не только определили их структуру, но и научились синтезировать – для дальнейших исследований. Сейчас авторы заняты оптимизацией метода, чтобы сделать его менее трудоемким и более надежным.
Эта работа показала принципиальную возможность получить бактериальные продукты «из прошлого». Встраивая кодирующие их гены в родственные современные бактерии, можно будет выяснить их функции и биологическую роль. И в любом случае есть шанс, что на их основе удастся создать лекарства против современных болезней.