Методами генной инженерии российским исследователям удалось создать эффективную и экономически выгодную систему определения и тестирования новых антибиотиков.

Илья Остерман и его коллеги из химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова нашли надежный и экономичный метод поиска новых противомикробных препаратов. Новая система умеет одновременно измерять активность болезнетворных микроорганизмов и выявлять новые бактерицидные вещества, нарушающие синтез ДНК в микробной клетке. Результаты исследования опубликованы в журнале Antimicrobial Agents and Chemotherapy.

Известно, что в ответ на применение противомикробных препаратов (начиная с пенициллина), появляются штаммы микроорганизмов, устойчивые к их воздействию. Поэтому микробиологи и химики постоянно ведут поиск антибиотиков нового поколения. Основной метод поиска — масштабный скрининг, в ходе которого при помощи скаффолдов (специальных клеток, культивируемых подложках-носителях) перебирается огромное количество веществ, как из химических библиотек, так и соединений, встречающихся в природе. На сегодняшний день актуальная задача снижения стоимости реагентов и автоматизации процесса.

Уже сегодня в арсенале медиков имеются штаммы широкого спектра, которые помогают оценивать эффективность различных противомикробных средств, но зачастую ученые вынуждены выбирать: проверять одновременно много веществ по одному признаку, или много признаков одного вещества, чтобы лучше понять его фармакологические свойства.

«Нами был разработан подход, позволяющий in vivo определять механизм действия новых потенциальных антибактериальных препаратов, одновременно с определением эффективности. Благодаря автоматизации метода было возможно анализировать тысячи соединений в день», — объяснил Илья Остерман.

По словам ученых, система состоит из вставленных в организм генов-репортеров (маркеров), которые показывают, насколько активно работают другие гены. Ученые использовали ген, кодирующий красный флуоресцентный белок Katushka2S.

Генно-инженерная конструкция была построена таким образом, чтобы маркер начинал работать в ситуации SOS-ответа — реакции микробной клетки на неблагоприятные условия, требующие повышенной внимательности со стороны систем ремонта повреждений ДНК. Соответственно, чем больше будет красного света, тем эффективнее антибиотик. 

«На первом этапе была создана конструкция с использованием двух флуоресцентных белков, — рассказал Илья Остерман. — Экспрессия первого зависела от присутствия ингибиторов синтеза белка, а второго от присутствия ингибиторов синтеза ДНК. Затем при помощи гиперчувствительного штамма кишечной палочки был создан репортер для детекции соответствующих типов антибиотиков».

В качестве второго флуоресцентного маркера ученые использовали белок CER, действующий по схожему механизму, но сигнализирующий об остановке синтеза белков. Синий свет в системе, таким образом, указывает на то, что производство белка в микробной клетке нарушилось вследствие остановки следования рибосом по цепи РНК.

Новая система уже опробована для выявления активности антибиотика амикоумацина, для которого ученые ранее не знали «мишень», а также некоторых других противомикробных препаратов.