Откриха бактериални гени, ефективни срещу резистентни бактерии като E. Coli

Учени от университета McMaster откриха „мегаклъстер“, както самите те го наричат, от гени в бактерията Streptomyces, който произвежда четири антибиотика срещу други видове бактерии.

Четири молекули с една обща мишена – биотинът

Публикуваното в списание Nature изследване описва необичаен ДНК участък, който кодира четири различни семейства от естествени антибиотици, включително едно напълно непознато за научните среди вещество и едно, което никога досега не е било разглеждано като антибиотик. Четирите молекули имат обща цел и това е биотинът – основен нутриент, необходим за оцеляването на повечето бактерии.

Действие на новооткритите бактерии

Биотинът, известен още като витамин B7, играе съществена роля за бактериалния растеж и клетъчно делене. Новооткритите бактерии нарушават производството и усвояването на биотина, което разкрива нов модел на взаимодействие на антибиотиците и може да се превърне в ефективна алтернатива за борба с резистентните на антибиотици инфекции.

Ерик Браун, професор по биохимия и биомедицински науки и автор на новото проучване, оприличава подхода на вид обсада. „Изглежда наистина зловещо. Представете си как една от тези молекули спира електричеството, друга прекъсва комуникациите, трета водоподаването, а четвърта блокира важни пътни артерии. Това е добре замислена стратегия с координирани действия, в случая срещу „вражески“ бактерии“, пояснява той.

Четирите бактерии се активират от близко разположени гени

Тези четири семейства бактерии се обединяват срещу един общ враг, действайки по различни начини, характерни за всяко от тях. Нечувано обаче е това, че всички те се активират от гени, които са разположени близо един до друг.

Помощната роля на два гена стрептавидин

Екипът на проф. Браун открива още, че четирите клъстера от гени, произвеждащи антибиотик, получават помощ от два гена на стрептавидин. Те подпомагат производството на протеина, който се свързва с биотина. Въз основа на направените наблюдения учените смятат, че не е никак случайно, че четирите клъстера от гени са разположени един до друг в генома на семейството Streptomyces.

"Замисълът е гениален. Протеините имат за задача да се свържат с биотина, докато наблизо разположените антибиотици пречат на други клетки да стигнат до него първи“, допълва проф. Браун.

Не по-малко важно е, че антибиотичните клъстери, които атакуват биотина, се срещат масово при различните видове Streptomyces. Откритието кара изследователите да вярват, че подходът съществува и еволюира от милиони години.

Клъстерите от гени се срещат масово в геномите на Streptomyces

От анализа става ясно, че мегаклъстерите са по-разпространени в геномите на Streptomyces от гените, отговорни за производството на стрептомицин – един от класическите антибиотици, получаван от това семейство бактерии и открит през 40-те години на миналия век.

Учените от „Макастър“ тестват новооткритите вещества в животински модели с инфекция и установяват, че две от тях са високоефективни срещу резистентната на различни антибиотици бактерия E. Coli. Откритието идва в момент, когато светът се нуждае от нови антимикробни препарати срещу патогени, които вече не се повлияват от добре познатите лекарства.

Според проф. Браун, ако методът бъде признат и започне да се прилага в клинични условия, бактериите ще развиват много по-трудно резистентност, тъй като първо ще трябва да си изградят няколко и то напълно различни механизми за устойчивост.

Лабораторията в Университета „Макастър“ от години работи върху синтеза на нутриенти като биотина с цел създаването на нови антибиотици. Учените смятат, че начинът, по който се изучават бактериите в лабораториите, може да прикрие атакуващите молекули, кандидати за лекарства.

Как се определя антибиотичната резистентност на бактериите

„Основният и одобрен метод за определяне дали дадена бактерия е устойчива на антибиотик или не е тестване в микробиологична среда, изключително богата на витамини, аминокиселини, микроелементи и други нутриенти. Няма доказан начин, по който да разберем дали молекулите, които блокират производството им, наистина успяват предвид факта, че самите нутриенти са в големи количества в лабораторна среда“, добавя Браун.

Родион Горджевич, също от екипа на професора, пояснява, че иновативният подход за откриване на лекарства ги е подтикнал да потърсят и други молукели, които биха могли да блокират синтеза на нутриенти. Специалистите откриват десетки естествени антибиотици, които влияят по сходен начин на метаболизма на нутриентите.

Резултатите от настоящото проучване разкриват, че молекулите, чието действие е насочено към нутриенти като биотина например, може да съдържат ефективни естествени антибиотици, срещу които трудно би се развила резистентност.