Гонка вооружений с микробами: как создать новый антибиотик

Охотники за антибиотиками

Сначала искали в земле, сейчас — в интернете.


[/i]
Колония бактерий из группы актиномицетов — источник многих известных антибиотиков | Источник: Wikimedia Commons

За последние 30 лет среди медицинских препаратов не появилось ни одного нового антибиотика. Но это не означает, что наука стоит на месте. Попробуем разобраться в том, как открывают новые антибиотики, что мешает выиграть гонку вооружений с микробами и кто может вселить в нас оптимизм по этому поводу.

От чего дрожит микроб

За почти сто лет, прошедших со времен открытия пенициллина, люди успели обнаружить множество антибиотиков. Из них американским Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрено 167. Может показаться, что это много, но их разнообразие обманчиво: все антибиотики можно разделить на 12 основных классов (в каждом из которых собраны производные одного вещества).

Антибиотики борются с бактериями одним из четырех способов.

  • Нарушают синтез клеточной стенки (например, пенициллин, цефалоспорин и их производные).

Бактериальные клетки окружены слоем пептидогликанов — углеводов с белковыми вставками, которые образуют клеточную стенку. Она регулярно обновляется: одни части разрушаются, другие достраиваются. Антибиотики могут связываться с белками, собирающими цепочки пептидогликанов, и блокировать их работу. Тогда клеточная стенка продолжит разрушаться, но достраиваться уже не будет и постепенно исчезнет совсем. Бактерия не сможет контролировать поступление и выход веществ из клетки и погибнет — остановятся ее внутриклеточные процессы или она просто лопнет.

  • Нарушают синтез белка (как делают стрептомицин, тетрациклин и многие другие).

Как и в наших клетках, у бактерий белок производится на рибосомах. Это сложно организованные молекулярные машины, похожие на яйцо, состоящее из двух половин с полостями внутри. В них заходят молекулы транспортной РНК, несущие аминокислоты. Внутри рибосомы аминокислоты собираются в белковую цепочку, которая потом выходит в цитоплазму. Антибиотики могут блокировать эти процессы на разных этапах: мешать половинам рибосомы соединяться, запрещать транспортным РНК заходить внутрь и отдавать свою аминокислоту, отсоединять белковую цепочку раньше времени, когда она еще не готова. После остановки белкового синтеза бактерия как минимум не может делиться, а иногда умирает.

  • Нарушают копирование ДНК (чем занимаются, среди прочих, ципрофлоксацин и оксолиновая кислота).

Чтобы выживать, нужно размножаться, особенно если вы — патогенная бактерия. А значит, нужно копировать свою наследственную информацию. Но молекула ДНК сильно скручена, и, прежде чем копировать, нужно раскрутить и разъединить две ее цепи. Этим занимаются бактериальные ферменты гиразы и топоизомеразы, и именно их блокируют антибиотики класса хинолонов. Кроме того, они мешают считывать информацию с ДНК и «переписывать» ее на РНК, то есть останавливают синтез белка по матрице РНК. Ну и, наконец, в результате действия хинолонов в ДНК бактерии накапливаются поломки, что ведет к ее разрушению и смерти клетки.

[/i]
Пенициллины были открыты Александром Флемингом | Источник: Imperial War Museums
  • Нарушают синтез фолиевой кислоты (так работает группа сульфонамидов).

В отличие от человека, бактерии не получают ее с едой, а создают сами. Фолиевая кислота, среди прочего, необходима для репликации ДНК и деления клеток. В ее отсутствие бактерии не погибают, но перестают делиться, а значит, не могут больше захватывать территории в организме.


Однако все чаще бактерии становятся устойчивы к действию «волшебных пуль». И здесь существуют три основные стратегии. Во-первых, можно не дать антибиотикам проникнуть внутрь клетки, снизив проницаемость наружной мембраны. Во-вторых, можно завести специальный белок, который эти антибиотики выкачивает из клетки или расщепляет. Например, у бактерий встречается фермент бета-лактамаза, разрушающий вещества пенициллинового ряда. Поэтому в современных препаратах можно встретить сочетание антибиотика и клавулановой кислоты, которая бета-лактамазу ингибирует (например, действующие вещества препарата амоксиклав — амоксициллин и клавулановая кислота).

И, наконец, можно изменить мишень для антибиотика, чтобы он с ней хуже связывался. Не всегда это удается сделать без ущерба для работы мишени, но бактерии, которые так или иначе смогли приобрести такую мутацию, получают значительное преимущество. После того как хотя бы одна бактерия случайным образом стала устойчива к антибиотику, его эффективность оказывается под угрозой. Бактерии делятся и активно обмениваются друг с другом генами, распространяя устойчивость в популяции. При этом скорость приобретения устойчивости невероятная: спустя всего лишь несколько лет после открытия пенициллина оказалось, что около 50% бактерий надежно от него защищены. Поэтому вопрос поиска новых средств все еще остается актуальным.

Источник: news.mail.ru

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.