Российские учёные совместно с американскими коллегами сделали важное открытие, которое может стать прорывом в борьбе с антибиотикорезистентными бактериями. Исследователи выявили, что большое количество молекул рибозы в клетках бактериальных организмов делает их более чувствительными к антибиотикам. К таким выводам биологи пришли по итогам экспериментов с группами бактерий, полученными путём генной инженерии. По словам учёных, в будущем эти данные могут оказаться полезными в разработке новых препаратов, усиливающих эффект антибиотиков против устойчивых бактерий.
Российские учёные из Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН совместно с американскими коллегами из Медицинской школы Нью-Йоркского университета и Медицинского института Говарда Хьюза сделали открытие, которое в перспективе позволит создать новый тип препаратов против устойчивых к антибиотикам инфекций. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале mBio.
Открытие антибиотиков в начале XX века положило начало новой эре в медицине. За прошедшее столетие антибиотики спасли миллионы человеческих жизней и победили ранее мало излечимые или вовсе неизлечимые заболевания. Однако со временем патогенные микроорганизмы выработали устойчивость к этим препаратам — появились резистентные к антибиотикам инфекционные возбудители. Сегодня такие инфекции распространились настолько широко, что ВОЗ охарактеризовала это как одну из наиболее серьёзных угроз для мирового здравоохранения. Учёные во всём мире разрабатывают подходы, способные преодолеть защитные механизмы патогенных микроорганизмов.
Авторы исследования изучили на предмет уязвимости один из биохимических механизмов, отвечающих за жизнедеятельность бактерий. Этот механизм обеспечивает синтез особого моносахарида — рибозы, которая необходима для роста и деления микроорганизмов, поскольку участвует в строительстве ДНК и РНК.
Учёные установили, что чем больше молекул рибозы в бактериальной клетке, тем она уязвимее для антибиотиков. Таким образом, если научиться влиять на механизм синтеза этого моносахарида у бактерий, можно найти ключ к преодолению их лекарственной устойчивости.
Биологи провели в лабораторных условиях ряд экспериментов, которые подтвердили эту гипотезу. Метаболизм рибозы протекает в клетках в два этапа. На первом клетка синтезирует необходимое количество рибозы для строительства генома. На втором неизрасходованная рибоза используется как источник углерода для синтеза различных соединений.
С использованием методов генной инженерии учёные получили бактерии с изменёнными механизмами синтеза рибозы. Так, микроорганизмы из первой группы производили сахар через механизм, который в нормальных клетках позволяет сбрасывать его избыток. Из второй — могли синтезировать рибозу обычным образом, но не могли продуктивно использовать её излишки. Бактерии из третьей группы синтезировали сахар, но не регулировали его уровень в клетке.
Выяснилось, что патогены из первой и третьей групп стали очень чувствительными к ряду популярных антибиотиков. Только 1% бактерий с нарушенным метаболизмом рибозы смогли пережить воздействие лекарственных препаратов. Исследователи обнаружили, что причина гибели — избыточное накопление рибозы внутри клетки. То есть при нарушении синтеза уровень сахара резко возрастает — и бактерии становятся более чувствительными к лекарству.
Полученные данные в перспективе послужат созданию новых препаратов, которые можно было бы применять в сочетании с антибиотиками и повышать их эффективность в борьбе с бактериальными инфекциями.
«Мы предполагаем, что воздействие на ферменты пентозофосфатного пути, а также на процессы, связанные с использованием рибозы в клетке, позволит разработать новые терапевтические средства, направленные на повышение эффективности клинически значимых противомикробных препаратов», — рассказала RT участник проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник лаборатории генетической регуляции метаболических процессов ИМБ имени В.А. Энгельгардта РАН Татьяна Серёгина.