Бактерии, живущие на насекомых, могут дать новые антибиотики
Многие антибиотики, которые используются сегодня, созданы бактериями, живущими в почве. Недавние исследования показывают, что бактерии, которые живут на насекомых, могут быть более эффективными в борьбе с распространенными лекарственно-устойчивыми супербактериями, чем бактерии из почвы.
Ученые из Университета Висконсин-Мэдисон провели крупнейшее и наиболее тщательное исследование антибиотической активности микробов, обитающих на насекомых.
Изюминкой нового исследования является открытие нового антибиотика в Цифомирмекс муравей, бразильский вид, разводящий грибы. Исследователи назвали это соединение цифомицином.
Лабораторные тесты показали, что цифомицин может бороться с грибами, которые победили большинство других антибиотиков. Соединение также лечило грибковую инфекцию у мышей, не вызывая токсических побочных эффектов.
В недавнем Nature Communications В документе, посвященном этим результатам, команда объясняет, что отсутствие новых антибиотиков способствует растущей глобальной угрозе инфекций, устойчивых к антибиотикам.
«Благодаря нашей систематической оценке, - отмечают авторы, - мы показываем, что микробиомы насекомых являются многообещающим источником новых натуральных продуктов».
Растущая угроза устойчивости к антибиотикам
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда инфекционные бактерии, грибки и другие патогены больше не поддаются лечению лекарствами, которые использовались для их уничтожения. Вместо этого они продолжают расти.
Инфекции, вызванные устойчивыми к антибиотикам патогенами, обычно требуют более длительного пребывания в больнице и большего количества последующих посещений врачей. Кроме того, лечение, как правило, дороже и имеет более токсичные побочные эффекты.
В 2018 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовала данные эпиднадзора, которые подтвердили серьезность глобальной угрозы, которую представляет устойчивость к антибиотикам.
Данные показывают, что во всем мире некоторые из наиболее распространенных инфекций становятся устойчивыми к лекарствам.
По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) США, устойчивые к антибиотикам бактерии заражают не менее 2 миллионов человек и вызывают 23 000 смертей ежегодно.
Ключевое беспокойство в связи с глобальным кризисом устойчивости к антибиотикам заключается в том, что типов и количества новых лекарств в разработке будет недостаточно для преодоления угрозы.
ВОЗ повторила свое предупреждение об этом в отчете за 2017 год. Глобальное агентство заявило, что большинство из 51 антибиотика, находящегося в клинической разработке, являются «модификациями существующих классов антибиотиков» и могут предложить только краткосрочные решения.
У насекомых столько же бактерий, сколько и в почве
Большинство используемых сегодня антибиотиков производятся Streptomyces бактерии, большой род, который начал развиваться около 400 миллионов лет назад.
За этот период Streptomyces виды эволюционировали и адаптировались к различным средам обитания, таким как почва и насекомые. Химический состав соединений, производимых бактериями, отражает их различные линии происхождения.
Генетические исследования показали, что только один штамм Streptomyces потенциально может производить десятки соединений, подобных тем, которые уже используются в качестве антибиотиков. Кроме того, бактерии содержат огромное количество «соответствующих наборов биосинтетических генов».
По этим причинам ученые интенсивно изучают Streptomyces бактерии в надежде, что они откроют новые лекарства для борьбы с устойчивостью к антибиотикам.
Однако авторы нового исследования отмечают, что поиск новых антибиотиков в почвенных Streptomyces «В значительной степени заново открыть известные соединения». Они также отмечают, что ни в одном исследовании не проводился систематический поиск микробиомов. Итак, они решили сосредоточиться на Streptomyces у насекомых.
Они собрали более 2500 видов насекомых, от муравьев, пчел и мух до жуков, мотыльков, бабочек и многих других. Около трети прибыли из регионов с умеренным климатом, еще одна треть - из тропиков, а остальные - из более холодных регионов, таких как Арктика.
Исследователи отмечают, что вопреки «преобладающему предположению», что Streptomyces Эти виды наиболее многочисленны в почве, их результаты показывают, что бактерии столь же многочисленны и у насекомых.
Бактерии от насекомых более сильные
Насекомые дали для тестирования более 10 000 штаммов бактерий. Исследователи также изучили 7000 штаммов, полученных из почвы и растений.
Последовала очень мощная и интенсивная серия тестов, в общей сложности более 50 000 испытаний.
Команда проверила, насколько хорошо каждый штамм Streptomyces смог остановить рост 24 различных видов микробов, в том числе тех, которые могут причинить серьезный вред, таких как метициллин-резистентный супербактерий. Золотистый стафилококк (MRSA).
Результаты показали, что Streptomyces штаммы, полученные от насекомых, были способны бороться с инфекционными бактериями и грибами более эффективно, чем штаммы, полученные из почвы или растений.
Команда также проверила некоторые из наиболее многообещающих штаммов на мышах. Эти штаммы были очень эффективны в уничтожении бактериальных и грибковых инфекций, и лишь некоторые из них обладали токсическими побочными эффектами.
В другой части исследования исследователи сосредоточились на цифомицине, противогрибковом соединении, которое они обнаружили в Streptomyces бактерии на бразильском Цифомирмекс грибовидный муравей.
После анализа химической структуры цифомицина они очистили его и показали, что он может лечить грибковые микроорганизмы албиканс у мышей. C. albicans это грибок, который обычно поражает людей с ослабленной иммунной системой. Соединение также оказывало небольшое количество побочных токсических эффектов на мышей.
Пусть насекомые «занимаются разведкой»
Команда не удивилась, обнаружив, что насекомые могут быть богатым источником новых антибиотиков. Выживание насекомых зависит от совместного развития с микробами, которые помогают бороться с патогенами, которые также развиваются.
Исследователи также отмечают, что, поскольку бактерии эволюционировали вместе с насекомыми, они могут дать два преимущества. Во-первых, они менее токсичны, а во-вторых, они могут быть эффективными против устойчивых к лекарствам патогенов.
«Насекомые занимаются разведкой за нас, - говорит Кэмерон Р. Карри, профессор бактериологии и старший автор исследования.
Он и его коллеги заключают:
«Обещание насекомых-ассоциированных Streptomyces как новый источник противомикробных препаратов может оживить застойные разработки антибактериальных и противогрибковых средств ».
