Медики начнут подселять пациентам новые бактерии

"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

Ученые 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.

Сегодня 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.

Испытания 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.

Возглавивший 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.

Главное, 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)