Почти три четверти всех клинически значимых антибиотиков являются природными веществами, вырабатываемыми бактериями. Однако имеющиеся в настоящее время антибиотики теряют свою эффективность, и все большее число патогенов становится устойчивыми. Это означает, что существует острая потребность в новых антибиотиках, но в настоящее время менее одного процента известных видов бактерий доступны для поиска активных веществ. Остальные 99 процентов считаются «невозможными для выращивания» и поэтому почти не изучаются.
Кроме того, способность производить антибиотики неравномерно распределена между бактериями.«Талантливые производители - это прежде всего микроорганизмы со сложным образом жизни, необычной клеточной биологией и большими геномами», - объясняет микробиолог Кристиан Джоглер из Университета Фридриха Шиллера в Йене. «Такие организмы производят антибиотические соединения и используют их в борьбе с другими бактериями за питательные вещества и среду обитания», - добавляет он. Везде, где происходят такие микробиологические битвы за ресурсы и не хватает питательных веществ, есть многообещающее место для поиска потенциальных производителей антибиотиков.
Целенаправленное выращивание потенциальных производителей антибиотиков
Именно это и сделали Джоглер и его команда. С помощью водолазных роботов и ученых-дайверов они искали планктомицеты в общей сложности в 10 морских местах. «Мы знаем, что планктомицеты живут в сообществах с другими микроорганизмами и конкурируют с ними за среду обитания и питательные вещества», - говорит Джоглер, объясняя, что делает эту группу бактерий интересной для исследователей.
Используя образцы из Средиземного, Северного, Балтийского и Черного морей, а также Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов, ученым удалось создать чистые культуры 79 новых планктомицетов. «Эти чистые культуры вместе представляют 31 новый род и 65 новых видов», - добавляет ведущий автор доктор Сандра Виганд.
Неизвестное деление клеток и антибиотический потенциал
Биоинформатические и микроскопические методы были использованы для характеристики вновь полученных чистых культур. «Биоинформатический анализ был целостным в своем подходе», - говорит Виганд. Была изучена возможность производства небольших молекул, таких как антибиотики, а также процессы передачи клеточного сигнала. Последние являются мерой сложности микробного образа жизни и, следовательно, еще одним указателем на производство антибиотиков. «Результаты этих анализов показывают, что недавно полученные планктомицеты ведут необычайно сложный образ жизни и могут производить новые антибиотики», - добавила она.
Исследователи смогли экспериментально подтвердить некоторые из своих биоинформационных анализов в этом исследовании. Среди прочего, они исследовали клеточную биологию выделенных планктомицетов. «Они делятся совершенно иначе, чем все другие важные патогенные бактерии», - говорит Джоглер. Кроме того, исследование показывает неожиданные новые механизмы деления бактериальных клеток. Однако, прежде всего, исследование дает убедительные доказательства того, что предположительно «некультивируемые» бактерии могут быть получены и охарактеризованы в чистой культуре.
По мнению авторов исследования, многие аспекты их текущей работы могут быть перенесены на других потенциальных производителей антибиотиков. «Выращивание на основе гипотез и целостная характеристика необходимы для открытия чего-то действительно нового и открытия новых терапевтических возможностей», - подчеркивает Джоглер, который переехал в Йену всего несколько недель назад. Профессор микробных взаимодействий доволен тем, что нашел идеальную среду для своих исследований в Университете Фридриха Шиллера с его кластером передового опыта «Баланс микровселенной».