Наука | Биология
«Бактерии — это темная материя, которую мы не знаем»
Человечеству известно не более одного процента из существующих микробов. Огромный неизученный мир обнаружили ученые, разыскивая новые антибиотики
ООН призвала цивилизованный мир бросить все силы на борьбу с устойчивостью бактерий к антибиотикам. За всю историю организации это стало четвертой проблемой здравоохранения, вынесенной на столь высокое обсуждение. Международных наблюдателей напугали известия этого года о том, что сразу в нескольких госпиталях обнаружили бактерии, устойчивые к колистину — антибиотику самого последнего поколения. Ситуация обостряется, потому что сегодня 15 из 18 крупнейших фаркомпаний мира отказались от разработки и производства антибиотиков — не выгодно. Парадокс в том, что вещества, поражающие бактерий, чаще всего производят сами бактерии. Тот же левомецитин, спасший миллионы жизней от брюшного тифа и дизентерии, производят бактерии, живущие в почве и в соленой воде. Сегодня, чтобы найти новую бактерию, которая может спасти человечество, ученые без особого успеха «просеивают» претендентов из отдаленных пещер Африки и подледных озер Антарктиды.
Есть ли какие-то более простые пути решения проблемы? Ученые ищут новые лекарства с помощью метагеномики. Этот передовой метод молекулярной биологии позволяет определить ДНК любого содружества живых существ. Когда ученые таким образом изучили не отдельную бактерию, а их сообщества вместе со средой обитания, то были поражены количеством неизвестных ранее микроорганизмов, которые наверняка содержат в себе перспективные вещества. Теперь задача в том, чтобы их извлекать и модифицировать.
Значит ли это, что мы стоим на пороге революции, которая подарит нам десятки новых лекарственных веществ? И не открываем ли мы ящик Пандоры, «вытаскивая» из небытия неизвестные ранее токсичные вещества, скрываемые природой? На эти вопросы «Огоньку» ответил профессор Ратгерского университета (США) и Сколковского института науки и технологий, заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН и Институте биологии гена РАН Константин Северинов.
— Бактерии совершенствуются, спектр действия антибиотиков сужается. Действительно ли ситуация столь критична, что нам нужно придумывать новые пути решения проблемы?
— С середины 90-х традиционные стратегии поиска новых антибиотиков перестали работать: с тех пор в реальную медицинскую практику не было введено новых классов природных антибиотиков. Выход, по-видимому, будет найден за счет развития новой науки — геномики.
— Мы будем глубже изучать гены бактерий?
— Не только. Дело в том, что с того момента, как Александр Флеминг, который, по легенде, случайно чихнул в чашку Петри и таким образом открыл первый антибиотик, поиск новых антибактериальных лекарств шел по одному принципу. Ученые отыскивали бактерии или микроскопические грибы, выделяли их чистую культуру в пробирке и дальше исследовали их способность производить биологически активные вещества. Так в течение 50–60‑х годов удалось получить большое количество новых классов антибиотиков, которые мы используем до сих пор.
Фото: AFP
Теперь благодаря методам расшифровки ДНК можно исследовать не один конкретный организм, не одну бактерию, способную расти в условиях лаборатории, а целое сообщество бактерий, подавляющее большинство которых, как оказалось, в лаборатории расти как раз отказываются, и, следовательно, мы не можем оценить, производят они какие-либо биоактивные вещества или нет. Например, можно взять кубический сантиметр почвы из цветочного горшка, стоящего у вас на подоконнике, и выделить оттуда суммарную ДНК всех находящихся там живых организмов. Ее изучение показывает, что генетическое разнообразие микробов чудовищно огромно, оно превосходит все ожидания ученых и с трудом укладывается в воображение.
— Учитывая, что более или менее приличный микроскоп изобрели в XVII веке, как могло получиться, что мы не знали о таком огромном количестве микробов вокруг нас?
— Очень просто: мы всегда оценивали разнообразие этих микроорганизмов, учитывая только те бактерии, которые смогли вырастить на чашках Петри. Но они представляют собой лишь крохотную часть мира микробов, который существует вокруг нас. Оценки сейчас разнятся, но предполагается, что такие «невидимые», некультивируемые бактерии составляют 99–99,9 процента общего числа бактерий. Можно сказать, что они представляют собой темную материю, которую мы не видим, не можем «пощупать» и вырастить на чашке Петри.
— Почему же их невозможно вырастить?
— А почему они обязаны расти в пробирке? Вы предлагаете бактериям какую-то питательную среду, но они любят нечто совсем другое. Кишечные палочки, с которыми часто работают в лаборатории, очень любят мясной бульон, недаром же они живут у нас в кишечнике, и их очень просто культивировать. Некоторые более привередливые микробы растут только на средах, содержащих яичный желток, а третьим для роста обязательно нужно добавить какао или сложный коктейль микроэлементов. Вообще наука, или, вернее, искусство культивации микробов — сложная штука, построенная методом проб и ошибок. Большинство микроорганизмов не растут в лаборатории потому, что мы слишком мало знаем об их пищевых потребностях. Не так давно, кстати, стало ясно, что, в отличие от лабораторий, в природе микробы практически никогда не существуют в чистых культурах. Они, как правило, образуют сложные сообщества, где каждый из членов в чем-то зависит от других. Есть работы, где показано, что некоторые бактерии, которые не культивировались в чистой культуре, начинают расти в компании с двумя-тремя партнерами. И наоборот, одни бактерии могут угнетать рост других, все как у людей. В этом смысле антибиотики для микробов — это способ общения