Техно

Медики начнут подселять пациентам новые бактерии

Научившись манипулировать микробами, можно избавить человечество от множества заболеваний. «ДС» собрала пять самых свежих методик лечения с использованием простейших микроорганизмов

Фото: bigpicture.ru

"Мы, по сути, лишь на 10% люди, а все остальное - микробы", - уверяет доктор Рой Д. Слитор из ирландского Института Корка. По его данным, в человеческом теле содержится порядка 500 различных видов бактерий. Благодаря их непрестанному размножению в организме взрослого человека проживает около 100 трлн одноклеточных существ - почти в десять раз больше, чем те несколько триллионов клеток, из которых состоит собственно организм человека. Порядка 75% микробов обитают в пищеварительном тракте и носоглотке, примерно 5- 12% - в мочеполовой системе и на коже. Наши взаимосвязи с одноклеточными оказались настолько тесными, что некоторые ученые теперь рассматривают человека и населяющих его бактерий в качестве единого сверхорганизма. Соответственно, научившись манипулировать микробами, можно влиять на человеческий организм. Именно это может быть положено в основу лечения множества заболеваний.

Живые антидепрессанты

Фото: ShutterstockУченые из Калифорнийского технологического института установили: около 90% серотонина, "гормона счастья", вырабатывается бактериями в желудочно-кишечном тракте. Описывая подробности исследования в журнале Cell, профессор биологии и биоинженерии Элейн Сяо поясняет, что богатым источником серотонина в кишечнике являются энтерохромаффинные клетки, содержащиеся в эпителиальной выстилке желудочно-кишечного тракта. Однако они могут производить "гормон счастья" лишь при наличии в кишечнике 20 видов особых спорообразующих бактерий. Они не чувствительны к действию проникающей радиации, ультразвука, высушиванию, замораживанию, кипячению в концентрированной кислоте и пр. Если подселить такие бактериальные споры в организм, выработка серотонина заметно активизируется. Сейчас ученые пытаются объяснить этот феномен, который может стать основой для создания новейших антидепрессантов и препаратов от неврозов.

Стафилококк для печени

Объединенная команда ученых из Массачусетского технологического института и Гар­вардского университета разработала новый способ редактирования генома. Для этого использовали геном болезнетворной бактерии золотистого стафилококка. Как считают авторы инновации, которая описана в журнале Narure, открытие станет основой новых методов лечения разнообразных генетических расстройств.

Фото: scicasts.comСегодня самой прогрессивной технологией, используемой для редактирования генома, считается CRISPR, обеспечивающая высокую точность генных манипуляций. Она основана на ферменте Cas9, входящем в состав одноименной бактерии CRISPR. Проблема в том, что фермент Cas9 этой бактерии слишком объемный для внедрения в некоторые клетки организма. Исследователи нашли способ решить проблему, используя золотистый стафилококк, у которого фермент Cas9 примерно на 30% меньше, чем у CRISPR. С помощью бактерии стафилококка успешно изменили холестерин-регулирующий ген в печени, чего не удавалось добиться с помощью CRISPR. Модифицированный вирус вводили мышам на протяжении недели, в результате чего более 40% клеток печени обновились.

Новый способ победить ожирение

В статье, вышедшей в ACS expo, журнале Американского объединения химиков, группа ученых под руководством Шона Дэвиса из Университета Вандербильта рассказывает о новой технологии борьбы с ожирением. Пере­про­граммированные кишечные микробы, введенные в организм человека, оказались действенным средством для снижения веса: они эффективно подавляют голод и оказывают положительное влияние на общее состояние здоровья человека. Попав в кишечник, микроорганизмы синтезируют особые молекулы N-ацил-фосфа­тидил­этаноламинов (NAPEs). В естественных условиях они образуются в тонком кишечнике после еды, чтобы затем превратиться в молекулы N-ацил-этаноламинов (NAEs) - сильнодействующие органические соединения, подавляющие аппетит.

Фото: medicalnewstoday.comИспытания показали, что у откормленных жирной пищей грызунов, которым вводили модифицированные бактерии, через восемь недель вес снизился на 15%. Кроме того, у подопытных с повышенным NAPEs улучшились метаболизм глюкозы и работа печени. Немаловажно, что одноразовое применение препарата с бактериями обеспечивает длительный эффект продолжительностью как минимум шесть месяцев. Ученые надеются, что их разработка поможет остановить эпидемию ожирения. В ближайшее время планируется испытание бактериального препарата на людях.

Убойный антибиотик

Для борьбы с вредными микроорганизмами исследователи Бостонского университета создали новый антибиотик Teixobactin. В статье для журнала Nature они утверждают, что это самый сильный препарат, созданный за последние 25 лет, способный победить микробы, не чувствительные к большинству существующих препаратов. Teixo­bactin уже прошел ряд успешных испытаний.

Фото: northeastern.eduВозглавивший разработку профессор Ким Льюис рассказывает, что его удалось выделить из ранее неизвестных почвенных бактерий (Eleftheria Terrae). Они активно предотвращают рост микроорганизмов и подавляют их деление, поэтому к препарату крайне сложно развить устойчивость. Вместо того чтобы влиять на белки внутри бактериальной клетки, Teixo­bactin физически связывается с липидами клеточных стенок. Их структура меняется медленнее, чем белки внутри клетки. Поэтому устойчивость к препарату может возникнуть лишь спустя десятилетия после его применения. В процессе экспериментов на мышах Teixobactin быстро и эффективно уничтожил пневмококки в легких, палочки дизентерии и даже опаснейший золотистый стафилококк. После ряда тестов испытания начнут проводить на людях, после чего Teixobactin введут в клиническую практику.

Одноклеточные вместо нанороботов

Ученые Университета Илли­нойса на днях опубликовали в журнале PLoS One статью, в которой описан эксперимент по превращению бактерий в биоботов. "Тюнингованные" одноклеточные могут использоваться так же, как и нанороботы. При этом производить их гораздо проще. Эксперимент состоял в следующем: споры сенной палочки (bacillus subtilis), которая может жить как в организме животных, так и человека, покрыли крошечными фрагментами графита - получилась электропроводящая поверхность. Используя способность бактерий разбухать в условиях высокой влажности или уменьшаться в сухих зонах, ученым удалось превратить сенную палочку в электронный датчик, определяющий зоны повышенной влажности. Такие устройства "чувствительнее", надежнее и дешевле, чем наноэлектроника.

Фото: pinterest.comГлавное, ученым удалось доказать, что, снабдив микроорганизмы элементами электроники, их можно применять настолько же эффективно, как и нанороботов. Пока производство нанороботов сопряжено с рядом проблем. В частности, отсутствуют развитые технологии, способные выпускать крошечные машины. Из-за этого создать управляемые устройства, в точности выполняющие определенные задачи, пока довольно сложно. Микробы же способны образовывать миллиарды копий, которыми благодаря наличию в их молекулах электроники легко манипулировать. Специа­лис­ты Университета Иллинойса говорят, что создание аналогичных "микробным" нанодатчиков заняло бы лет де­сять. Добавить же спорам bacillus subtilis способность сообщать о влажности посредством своих природных свойств - вопрос нескольких недель. Такую технологию будут применять как замену сложной наносборки при создании миниатюрной техники.

Опубликовано в еженедельнике "Деловая столица" от 19 апреля 2015 г. (№16/726)