Замена привычных антибиотиков синтетическими молекулами от IBM

https://www.popsci.com/ibm-synthetic-molecule-antibiotic-resistant-bacteria
  • Перевод

Источник: оригинальная статья

Исследователи IBM работают над веществами, позволяющими бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам. На картинке одна из таких бактерий, MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, метициллинрезистентный золотистый стафилококк). Предполагается, что синтетические лекарства могут помочь в противостоянии непрерывной эволюции бактерий.


Открытие пенициллина Александром Флемингом в 1928 важно по двум причинам: во-первых, врачи получили долгожданную возможность бороться с болезнями вроде пневмонии, гонореи и ревматической лихорадки. До этого не имелось никакого метода, кроме как ожидать, наблюдая и полагаясь на судьбу и собственную работу иммунитета; понятное дело, что зачастую для больного это заканчивалось трагически. Во-вторых, открытие навело учёных на другую идею — «а что если те вещества, которые выделяют бактерии или грибки, можно использовать в атаке и на другие инфекционные заболевания?».

И с тех времен начался беспрерывный поиск новых молекул, подобных пенициллину, дабы сражаться с полчищами инфицирующих нас бактерий и грибков. Это жестокая гонка, в которой время играет против людей. Бактерии изменяются с высокой скоростью, и пока мы пытаемся уничтожить их, они стараются выжить — любыми средствами. Самое неприятное здесь то, что в таком состязании по «перетягиванию каната» микроорганизмы явно тянут в свою сторону с изрядным перевесом. В мае 2016 группа исследователей, называемая «Контроль за устойчивостью микроорганизмов к препаратам», установила, что примерно 700 000 человек в год погибают от устойчивых к антибиотикам болезней (вызываемых бактериями, против которых ни один из имеющихся антибиотиков уже не действует). К 2050 прогнозируется рост годовой смертности до 10 000 000 человек, если не будут найдены иные способы лечения.

Наука всеми силами старается это предотвратить. Пока же основная масса занята тем же, что делал Флеминг — просеиванием бактерий и грибков на предмет подходящих веществ, исследователи компании IBM выбрали альтернативную дорогу, создав синтетическую молекулу, которая разрушает бактерии изнутри.

Разработка идёт исходя из наиболее страшного сценария заражения: резистентность патогена к антибиотикам, системная инфекция, полиорганная недостаточность. И им удалось сконструировать вещество, эффективно срабатывающее против пяти наиболее известных видов, отличающихся своей сопротивляемостью к лекарствам, тех, что нередко заводятся непосредственно в больницах и быстро захватывают тело, вызывая полный отказ всех органов.

Конечно, над синтетическими фармсредствами работа началась отнюдь не вчера, но задачи по-прежнему не становятся проще. Нужно сделать агент биодеградирующим — поскольку он не должен задерживаться в человеке надолго — и не давать убивать здоровые ткани вместе с заразой. Например, антибиотики «последнего шанса» чрезвычайно токсичны, и вместе с бактериями поражают печень, равно как и остальные системы.

«Мы пробуем имитировать иммунитет», — говорит Джеймс Хендрик из IBM. Он и его команда опубликовали наработанный материал в журнале Nature Communications. «Иммунная система выцеливает микроб и разлагает его клеточную мембрану», — пишет учёный — «Мы истребляем захватывающих клетки пришельцев путём подавления их собственных защитных механизмов». «Когда ты заболеваешь, то организм вырабатывает антибактериальные пептиды — проще говоря, полимерные цепочки» (то есть, по сути, длинные молекулы белка). С недавних пор множество лабораторий сосредоточились на синтезе таких молекул.

По словам Хендрика, основная сложность в том, что из «убитых» заражённых клеток в кровь попадают токсины. Для единичных или малых количеств это терпимо. Но при системных инфекциях счёт идёт на миллионы, и токсический эффект может быть ужасен.

Раньше, добавляет Хендрик, синтетики использовали схожий подход, «лопая» каждую бактерию. Теперь же они работают изнутри.

В довесок к сказанному, Хендрик сотоварищи считают, что данный тип лекарства может даже снизить сопротивляемость бактерий к антибиотикам в общем. Полимер использует электростатическое взаимодействие — притяжение положительных и отрицательных зарядов. Но таких точек притяжения на поверхности бактерии множество, и это означает, что даже при некоторых мутациях штамма всё равно останется место, за которое можно будет зацепиться.

Согласно отчётам IBM, полимер полностью биодеградируемый и действует крайне оперативно. «Прекрасно то, что новый класс материалов после трёх дней полностью распадается. Фактически, он вводится, делает своё дело, разлагается, и покидает организм».

На текущий момент препарат пока опробован только на мышах, но Хендрик думает, что пора подвергнуть формулу клиническим испытаниям на людях. Для IBM это означает сотрудничество с фармокомпаниями для организации нужных испытаний, а в дальнейшем — разработку конкретного препарата по результатам.

Звучит хорошо, но от лабораторного стола до полки в аптеке путь неблизок. Положительные тесты на мышах не означают, что на человеке всё автоматически сработает так же. Наибольшую озабоченность вызывает вероятность накопления вещества в нашем организме. Предшественники этого полимера были забракованы именно потому, что толком не расщеплялись и не выводились.

Есть и скепсис относительно стоимости. Синтез обходится дороже применяемых в фарминдустрии технологий производства антибиотиков, и это поднимет цену как для компаний-производителей, так и для конечных потребителей.

Даже если будет доказана высокая эффективность этого средства, мир всё равно не откажется от поиска других методов лечить болезни без применения антибиотиков — равно как и от способов замедлить рост резистентности. В последнем могут помочь уменьшение количества кесаревых; запрет приёма антибиотиков при не реагирующих на них инфекций (вроде гриппа или простуды) или тех, с которым иммунитет способен управиться самостоятельно; снижение использования антибиотиков в пищевой промышленности.

Хотя и препарат на какое-то время затормозит прогресс бактерий в области медикаментозной устойчивости (Хендрик не берётся предсказать, как надолго), это не будет длиться вечно. «Бактерии очень „умны“. Пройдёт ещё несколько десятилетий, и они выяснят, как избегать нашего полимера», — предупреждает Хендрик — «Поэтому война с ними никогда не кончится».

С более подробной статьей об этом веществе (гуанидин-функциализированных поликарбонатах) желающие могут ознакомиться здесь (на английском).
Поделиться публикацией
Комментарии 35
    0
    хмм… а как насчет бактериофагов?
      +2
      Очень специфичны; их нужно выращивать; существенные ограничения по условиям хранения.
        +1
        Мне кажется, лечить бактериальные инфекции при помощи вирусов — не совсем хорошая идея:) Плюс, вроде бы, фаги очень специфичны, и нужные варианты не так просто отыскать. А тут по идее препарат широкого спектра действия, как и антибиотики.
          0
          Нужно научиться их синтезировать :)
            +1
            Уже существуют ДНК-синтезаторы geektimes.ru/post/292301
            То есть в принципе бактериофаги уже сейчас можно просто распечатать на 3D-принтере синтезировать, а затем полученную ДНК запихнуть в оболочку вируса, которая и служит для доставки.
              0
              Ну сначала нужно ещё понять, что именно синтезировать :)
                0
                Нужно синтезировать геном бактериофага, вот любопытно его код защищен авторскими правами?
                  +1
                  Про бактериофагов не скажу, но многие геномы защищены.
                  www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2935940
                    0
                    Как можно защитить(чем) геном если другой человек может его расшифровать и синтезировать?

                    И второй вопрос не совсем по теме как правообладатели борятся с производителями дженериков?
                      0
                      Согласно исследованию, проведенному в 2005 году, 20% человеческих генов запатентованы, а некоторые — даже неоднократно.
          +2
          Бактериофаги используют, но обычно только в комбинации с антибиотиками. У антибиотиков — широкий спектр поражения, это своеобразная атомная бомба. А фаги очень специфичны. Вообще фаги делают много чего, это не просто вирусы бактерий, но и часть «экосистемы обновления прошивок» у бактерий.
          0
          Что-то непонятен принцип действия. Антибиотики, в основном, ингибируют выработку какого-нибудь белка или фермента, необходимого бактерии для жизни и размножения. Их сопротивляемость антибиотикам формируется в виде изменения мембраны, которая становится непроницаемой для антибиотика или в виде появления механизма выталкивания молекулы антибиотика обратно. Вопрос: что мешает появлению аналогичных механизмов сопротивляемости для новых синтезированных молекул?
            0
            Ничего не помешает, в конце же написано, что рано или поздно бактерии справиться, но будет время придумать что-то новое
              0
              Судя по всему, ГФПК, который придумали ИБМовцы, как раз и направлен на то, чтобы любой ценой уцепиться за мембрану и растворить её.
                0
                Ну, не любой, всё-таки. Молекула должна быть сконструирована таким образом, чтобы не цепляться и не растворять мембраны человеческих клеток. И вопрос теперь в том, не найдётся ли такой мутации у какой-нибудь бактерии, что её мембрана окажется недосягаемой для новой молекулы…

                Работа, конечно, интересная. По замыслу похожа на поиск универсальной вакцины от гриппа, которая бы «научила» иммунную систему организма реагировать на какие-то общие для большинства штаммов «рисунки» белковой оболочки вируса… Кстати, а нельзя ли синтезировать молекулу, которая бы «села» прямо на белковую оболочку вируса и каким-то образом его уничтожила? А то вот антибиотиков-то много, а противовирусных препаратов-то — не очень.
                  0
                  Думаю, что с вирусами тяжело бороться в силу их простоты — они, помнится, даже однозначно «живыми» не считаются, просто пачка хитрых молекул. К ним нужен тонкий и точный подход, а мутируют вирусы не хуже бактерий. Вон, даже антибиотики широкого спектра крошат всё подряд без разбора, а что наделает противовирусное такой же поражающей способности, я даже боюсь представить.
                +2
                В статье уже не антибиотики, а антимикробные полимеры. Катионных полимерных антимикробных препаратов уже горы наработали. Формально работают они за счет неспецифического электростатического связывания и последующего разрыва мембраны.
                По замыслу похожа на поиск универсальной вакцины от гриппа

                Нет, это другой механизм, тут иммунную систему не трогают.
                синтезировать молекулу, которая бы «села» прямо на белковую оболочку вируса и каким-то образом его уничтожила? А то вот антибиотиков-то много, а противовирусных препаратов-то — не очень.

                Противовирусных тоже много. Оболочку смысла маловато связывать, обычно рецепторы на поверхности связывают. Про оболочку почитайте статьи от superhimik.
                0
                «а что если те вещества, которые выделяют бактерии или грибки, можно использовать в атаке

                ок, гугл — вакцина Вильяма Коли
                там правда точно не доказан принцип действия но есть в том числе версия что именно кокки мешают развитию одного очень плохого заболевания и в конечном итоге его полностью нейтрализуют
                  0

                  Во всей этой истории с резистентностью надежду вселяет то, что приобретая новую бактерии могут терять старую. Лишние механизмы обороны от антибиотиков, которые не используются здесь и сейчас — лишний груз.

                    0
                    лечить болезни без применения антибиотиков — равно как и от способов замедлить рост резистентности. В последнем могут помочь уменьшение количества кесаревых
                    не понял, причем тут кесарево?
                      +2
                      Полостная операция, избежать заражения почти невозможно. Значит дозу антибиотиков дают.

                      Вообще тут борьба с применением антибиотиков. Давайте пореже.
                      Потому что устойчивые к антибиотикам бактерии проигрывают обычным. Если долго не принимать антибиотики, то устойчивых не останется, их обычные вытеснят и проблем будет меньше.
                      0
                      Например, антибиотики «последнего шанса» чрезвычайно токсичны, и вместе с бактериями поражают печень, равно как и остальные системы.


                      Насколько я понимаю, антибиотики «последнего шанса» это просто паршивые антибиотики (эффективные, но с кучей побочек). Открыли, исследовали, описали, расстроились и положили на полку.
                      Их никто в здравом уме не использует, потому что есть куча препаратов без этих побочных эффектов.
                      Ну а раз не используют, то и резистентности у бактерий нет.
                      0
                      Все это замечательно, создали очередной антибиотик 6го поколения, при этом к 5ти предыдущим выработалась полная резистивность, что дальше? Сколько пройдет время пока бактерии не выработают к новым антибиотикам иммунитет? Недавно ученые обнаружили, что резистивность может передаваться от любой бактерии одного вида, к любой бактерии любого другого вида, по крайней мере я так понял. В итоге, сейчас по миру распространяется резистивность ко всем видам антибиотикам и чем больше проходит времени тем выше скорость распространения, когда процесс закончится, все бактерии получат иммунитет от всех видов антибиотиков и то время когда мы не могли вылечить ничем, повторится снова. Проблема большинства в том, что нет понимания — воевать с эволюцией бесполезное занятие, если убивать бактерии веществами, они рано или поздно вырабатывают к этим веществам иммунитет, тут нужно либо усиливать человеческий иммунитет (много таких исследований ведется?!), либо использовать какие-то другие варианты, но не убийство. Убийство любого вида ведет вид к созданию механизмов защиты и это ничто иное как эвалюционные механизмы, плюс ко всему сам вид становится сильнее, сам по себе. Т.е. люди создавая антибиотики не только создают резистивность против лекарств, но и делают сами бактерии сильнее, создают из них супервид, потому что выживают только сильнейшие представители и те кто боролся наиболее эффективно (вспомним про Спарту) и это же объясняет, почему сегодня болезни намного сильнее чем, к примеру, 10 лет назад. Как пример могу привести Клопов, которых теперь можно вытравить только использовав на 90%! больше хим веществ, чем это требовалось раньше, тоже самое и с крысами, наши действия неправильны, потому что мы сами копаем себе могилу убийством.
                        +1
                        Мы с горем пополам научились создавать оружие, альтернативные пути нам пока не доступны но полагаю их тоже исследуют.

                        В тему статьи, разработка АЛГОРИТМА по созданию антибиотака дает +100500 к борьбе с адаптирующимся вирусом, потому что следующие версии синтезировать будет все проще и проще — это проблему вполне себе решает.
                          +1
                          Не понял, а что вы предлагаете взамен? Просто ложиться и умирать от любой болячки?
                          делают сами бактерии сильнее, создают из них супервид

                          Это не верно, бактерии не становятся сильнее. Иногда даже наоборот. У вас по тексту получился какой-то гениальный метод улучшения, прямо как в детских фильмах про супермутантов. С антимикробными препаратами такого не происходит, просто выживает вид обходящий защиту. Живым организмам свойственная вариабельность, тут ничего не сделаешь. Не всегда это плохо, например, у некоторых людей тоже есть резистентность к вич, правда суперлюдьми это их не делает. А для создания защитных лекарственных средств можно только работать дальше и создавать более совершенные способы лечения. Фундаментальные науки и IT развиваются быстро, в будущем лекарственные системы будут совершеннее, эффективнее и «умнее».
                            0
                            воевать с эволюцией бесполезное занятие

                            Вся суть вида homo sapiens, его квинтессенция — победа над эволюцией. Состоявшаяся, понимаете? Отрыв от конкурентов, иначе бы вокруг была куча других разумных существ — зайцев, обезьян и котиков. У обычной эволюции O(n), у нашей мемической — O(n^2).

                            Бактерии — это последние судороги эволюции, просто самые её быстрые и продвинутые представители. Окей, наряду с кроликами в Австралии :). Победили саблезубых тигров, победим и этих.

                            Просто отрасль пока в довольно молодом состоянии. По мере развития биотеха анализ бактерий и их возможных путей развития, а также способов противодействия, будет ускоряться, и бактерии начнут отставать. Будут появляться вещества, противодействие которым потребует от бактерий мутации сразу в нескольких генах, с соответствующим резким падением вероятности.
                            0
                            Извините, я так и не понял, в итоге, куда будут деваться останки поверженных? То что «раньше их „лопали“ — я так понимаю, означает лизис стенки, бактериолиз, а вот теперь что?
                            Там куча неприятного мусора — типа ДНК, вакуолей с дерьмом, ферменты рабочие…
                            Транспортные молекулы какие-то будут или что?
                              0
                              Так и раньше никогда их не убирали. Всегда задача состояла в том, чтобы уничтожить патоген, а очистка от остатков остается на организме. Получить селективные транспортные молекулы для очистки от остатков — нереально.
                                0
                                угу..., а жаль,
                                я правильно понял суть — молекула киллер приклеивается к бактерии по эпитоп-паратоп? как типа имунная клетка?
                                  +1
                                  Нет, чистая электростатика, никакой селективности/распознавания. Очень грубо говоря, гуанидиниевые группы в составе полимера положительно заряжены, мембраны клетки отрицательно =》 «притягиваются». Это «неумные» полимеры в смысле распознавания, да и методы все довольно старые (синтез полимера относительно новый). Плюс этой статьи в nature в том, что авторы использовали биоразлагаемые полимеры и показали эффективность in vivo на мышках, ну и (пока) отсутствие резистивности (как раз потому что это не селективное распознавание, а статистическое связывание за счет электростатических явлений).
                                  После связывания с мембраной бактериальных клеток полимер неизбежно вызывает нарушение мембраны (и лизис мембраны при какой-то пороговой концентрации).
                                    0
                                    Спасибо .., да помню эту картинку, «сперматозоида с полусферой», но на одной электростатике они ж могут много с кем связаться…
                                    Надо будет почитать про эти AMPs- ы все ж какя-то селективность должна присутствовать…
                                    А почему не развивается тема обучения собственных лимфоцитов?
                                    В онкологии ведь она очень даже дала всходы.
                                      +1
                                      AMPs? Антимикробные пептиды, которые? Там-то селективности побольше, да и тематика гораздо древнее.
                                      А почему не развивается тема обучения собственных лимфоцитов?

                                      Интересный вопрос развивается или нет. Тут я точно не подскажу, нужен специалист в иммунологии или покопаться в свежих статьях. По идее, с антибиотиками странная ситуация — фарма совсем не заинтересована в разработке новых препаратов. Да и ситуация далеко не такая печальная, как ее представляет медиа (хорошего правда тоже мало). Вот рак или аутоимунные другое дело, все еще можно кучу денег на исследования тратить. С пациентов можно потом отбить. Найдешь новое лекарство — отлично, будут любить и жаловать. А разработка антибиотиков, быстрая приспособляемость и особенно их производство оказались обузой для фармы.
                                        0
                                        Если честно, я о них (AMPs) и подумал, тем более в статье в Нейчуре они на них ссылаются.
                                        Смотря какая фарма...., вон Биокад свои Альгерон и дргие -роны качает как нефть… )
                                          0
                                          Антимикробные пептиды покруче, на мой взгляд и туда много чего входит.
                                          Смотря какая фарма

                                          Я имел в виду бигфарму.
                                          Биокад свои Альгерон и дргие -роны качает

                                          Альгерон — «иммуностимулирующее и противовирусное»? Не знал об этом.
                                          PS. Почитал внимательнее, там пегилированный интерферон от гепатита C? Ну тогда нормально, старовато конечно (уже есть намного лучше лекарства), но не анаферон зато :).

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое