Аспирант Массачусетского технологического института Тимоти Лу [Timothy Lu] и профессор Бостонского университета Джеймс Коллинз [James Collins] выполнили серию экспериментов, которые могут привести к появлению нового метода борьбы с бактериальными инфекциями. Они совместными усилиями сконструировали генно-инженерный вирус, который многократно ослабляет способность болезнетворных микробов сопротивляться действию антибиотиков. Полученные результаты представлены в их статье, которая 2 марта появилась на сайте журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Создание антибиотиков наверняка можно считать главным достижением фармакологической науки и индустрии двадцатого столетия. Началось оно с весьма скромных опытов английского микробиолога Александра Флеминга. В 1928 году Флеминг отметил способность нитчатого гриба зеленой плесени Penicillium notatum убивать патогенные бактерии из группы стафилококков. В ходе дальнейших исследований он вместе с коллегами выделил в чистом виде первый в мире антибиотик, по причине его происхождения названный пенициллином.
Затем ученые открыли еще целый ряд веществ, которые, подобно пенициллину, производятся микроорганизмами и обладают антибактериальным действием. Эти соединения легли в основу таких известных антибиотиков, как стрептомицин, тетрациклин и эритромицин. В 60-е годы фармакологи создали первые полусинтетические лекарства, повреждающие патогенные микроорганизмы, после чего без большой задержки появились и чисто синтетические антибиотики.
Антибиотики, без преувеличения, спасли сотни миллионов человек, но все же не покончили с бактериальными и грибковыми инфекциями. Уже в середине прошлого века микробиологи обнаружили, что возбудители этих болезней в ходе мутаций и естественного отбора быстро обучаются защищаться от тех самых лекарств, которые с легкостью поражали их прежние формы. В результате фармакологам приходится без устали разрабатывать все новые и новые антибактериальные препараты. Такие исследования обходятся очень дорого и отнюдь не всегда приводят к успеху. К сожалению, конца этой гонки вооружений пока не видно.
Однако в борьбе с инфекциями возможна и другая стратегия. Медицина давным-давно использует вещества, которые усиливают действие различных лекарственных препаратов. У них есть общее название – адъюванты (в переводе с латыни, помощники). В комплексе с такими ассистентами можно использовать и антибиотики. Вопрос только в том, где их найти.
Тимоти Лу и Джеймс Коллинз решили привлечь к содействию специально созданный вирус, поражающий бактерии. Подобные вирусы впервые были описаны британским бактериологом Фредериком Туортом в 1915 году, а двумя годами позже названы пожирателями бактерий, бактериофагами (или просто фагами). В свое время в фагах видели очень перспективное средство борьбы с болезнетворными микроорганизмами – как оказалось, напрасно. Для того было несколько причин, в частности и та, что бактерии очень быстро образуют штаммы, обладающие сильнейшим иммунитетом против фагов. Изучение фагов очень много дало молекулярной биологии (например, оно способствовало пониманию природы мутаций и расшифровке генетического кода), но в качестве средства лечения они, что называется, не пошли.
Лу с Коллинзом работали с одним из вариантов бактериофага М13, поражающего патогенные штаммы кишечной палочки. М13 не убивает эту бактерию, только замедляет темпы ее размножения. Ученые вовсе не стремились к тому, чтобы генно-инженерная версия этого вируса поражала палочку насмерть. В таких случаях какие-то микробы обычно выживают и дают начало резистентным штаммам. Поэтому экспериментаторы модифицировали вирус более тонким образом. Они заставили этот фаг нейтрализовать бактериальные гены, которые включаются в случае контакта кишечной палочки с молекулами антимикробных препаратов. Исследователи рассчитывали, что такой бактериофаг будет работать в качестве эффективного адъюванта антибиотиков.
Эти ожидания вполне оправдались. Экспериментаторы протестировали действие нового фаза в сочетании с офлоксацином, мощным антибиотиком из семейства фторхинолонов (в него также входят такие известные препараты, как цефлоксацин и ципрофлоксацин). Опыты на культурах кишечной палочки показали, что вирусный адъювант в десятки тысяч раз повышает убойное действие офлоксацина. Инфицированные кишечной палочкой мыши, которые получали такую комбинированную терапию, выживали в 80% случаев – против двадцати процентов, которых удавалось добиться при лечении одним офлоксацином.
Лу и Коллинз также установили, что генно-инженерный бактериофаг сильно увеличивает эффективность антибактериальных препаратов из группы бета-лактамов (это пенициллины и цефалоспорины) и аминогликозидов (стрептомицин, неомицин, амикацин и гентамицин). В общем, рукотворный вирус и в самом деле проявил себя в качестве прекрасного помощника многих антибиотиков.
Конечно, никто не надеется, что новый бактериофаг сразу же войдет в клиническую практику. Ученым предстоит выяснить тонкие детали его взаимодействия с иммунной системой животных и (если до этого дойдет) человека, доказать его безопасность и вообще выполнить великое множество проверочных тестов, которым подвергаются кандидаты в новые лекарства. Но такова уж судьба всех подобных разработок.