Микробы долгое время были бесценным источником новых лекарств. И чтобы найти больше, нам, возможно, придется смотреть не дальше земли под нашими ногами.
Исследователи из Университета Рокфеллера показали, что грязь под Нью-Йорком кишит нашими крошечными союзниками в борьбе с болезнями. В почве, собранной в городских парках, ученые обнаружили генетические доказательства существования бактерий, способных производить широкий спектр соединений, мощные эффекты которых можно использовать в качестве лекарств. Их работа описана в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Секвенируя и анализируя гены в образцах почвы, мы нашли генетические инструкции для создания широкого спектра натуральных продуктов, которые потенциально могут стать лекарствами от различных состояний, от рака до бактериальных или грибковых инфекций, или тех, которые уже используются в качестве наркотиков», - говорит старший автор Шон Ф. Брэди, адъюнкт-профессор Evnin и глава Лаборатории генетически кодируемых малых молекул Рокфеллера..
«Самое разнообразие, которое мы увидели, предполагает, что существует еще много потенциально ценных соединений, ожидающих открытия - даже в таком приземленном месте, как городская почва», - добавляет он..
Выгоды от биологической войны
В своих невидимых битвах друг против друга и против других организмов микробы разработали огромное количество химического оружия, которое было превращено в лекарства, способные на бесчисленное множество действий, от борьбы с вирусами до уничтожения опухолевых клеток.
Поскольку почва переполнена конкурирующими микробами, она является богатым источником таких лекарств, полученных из микробов. Однако в лаборатории можно выращивать лишь часть почвенных бактерий, что сильно ограничивает возможности ученых по их использованию. Лаборатория Брэди избегает этой проблемы, изучая непосредственно ДНК бактерий в почве. В этих последовательностях исследователи могут определить инструкции по созданию интересующих их молекул.
Исследование почвы Нью-Йорка проводилось в сотрудничестве с некоммерческой организацией Natural Areas Conservancy, ученые которой убедились, что 275 образцов взяты из различных экосистем парковой системы Нью-Йорка. С помощью природоохранной организации пять старшеклассников, участвующих в программе Рокфеллера по развитию науки, собрали небольшое количество верхнего слоя почвы. Они отправились в Барнард-колледж, где была выделена ДНК, а затем в Рокфеллер, где ученые расшифровали содержащиеся в ней точные генетические последовательности.
Затем исследователи сравнили свои образцы с образцами известных нерибосомных пептидов и поликетидов, двух семейств соединений, к которым принадлежат многие терапевтические молекулы, ранее выделенные из бактерий.
Разнообразие в грязи
Как оказалось, разнообразие города уходит корнями в его почву. Например, один образец из Проспект-парка в Бруклине содержал гены, которые, вероятно, кодируют 25 молекул, которые были изучены для потенциального использования в качестве антибиотиков и других видов лекарств. Между тем, набор из 11 репрезентативных соединений, обнаруженных в других местах по всему миру, таких как антибиотик эритромицин из Филиппин и противогрибковый агент натамицин из Южной Африки, кодируются кластерами генов, которые наблюдались в почве городских парков.
Самая важная находка, говорят ученые, - это обилие незнакомых генов.
«Менее одного процента последовательностей, кодирующих молекулы, совпали с известными генами, с которыми мы их сравнивали», - говорит первый автор Закари Чарлоп-Пауэрс, научный сотрудник лаборатории Брейди. «Аналогичные исследования почвы, собранной в других местах, также показали, что новые последовательности, кодирующие молекулы, значительно превосходят те, которые мы знаем. Это говорит о том, что существует множество еще не идентифицированных генов, и среди них некоторые, вероятно, обладают потенциально полезной биологической активностью».
Ближе к дому
Для Брейди генетическое богатство городской почвы говорит о том, что пришло время изменить стратегию выявления новых соединений.
«На протяжении всей истории этой области существовала идея, что кто-то путешествует в отдаленные части мира, чтобы собирать странные бактерии. Но эти среды хрупки и исчезают», - говорит Брейди. «Между тем, мы обнаруживаем, что, используя современные подходы к секвенированию, можно обнаружить все те же потенциально полезные молекулы у себя на заднем дворе».
Лаборатория Брейди продолжает исследовать образцы почвы со всех концов Соединенных Штатов на наличие генов, кодирующих потенциально полезные соединения. Они запрашивают образцы у представителей общественности по адресу: