НОВОСТИ / РОССИЯПочва — это подлинный микробный мир, скрывающий в себе колоссальное разнообразие бактерий, большинство из которых невозможно вырастить в лабораторных условиях. Это создает серьезные трудности для медицины, ведь многие современные антибиотики были созданы именно благодаря изучению микробов, доступных для культивирования. Однако с ростом устойчивости бактерий к существующим лекарствам и истощением запасов новейших препаратов, ученые всё активнее ищут альтернативные источники биоактивных веществ. Почва, как крупнейший природный резервуар бактерий, становится главным объектом таких исследований.
В одной лишь чайной ложке почвы насчитываются тысячи различных видов бактерий. Невзирая на это, человечество изучило лишь небольшую часть микробного разнообразия, способного производить жизненно важные соединения. Ученые уверены, что среди некультивируемых бактерий скрываются не только новейшие лекарства, но и ключи к пониманию процессов, влияющих на климат, сельское хозяйство и экологию.
По словам Шона Ф. Брэди, начальника лаборатории генетически кодируемых малых молекул в Рокфеллеровском университете, уученых есть технология, позволяющая увидеть мир микробов, ранее недоступный человеку.
Традиционные методы требуют выращивания бактерий в лаборатории, что ограничивает доступ к большинству видов. Новейшая технология, описанная в журнале Nature Biotechnology, обходит это ограничение. Исследователи извлекают крупные фрагменты ДНК непосредственно из почвы и восстанавливают целые геномы ранее неизвестных бактерий, не прибегая к культивированию.
Ключевым элементом стала оптимизация способа выделения длинных фрагментов ДНК из природного материала. Использование нанопоров для секвенирования позволило получать непрерывные последовательности длиной в десятки тысяч пар оснований — это в 200 раз длиннее, чем ранее доступные технологии. Благодаря этому стало возможным собирать полные геномы из сложных образцов почвы.
Сейчас проще собрать целый геном из более крупных фрагментов ДНК, чем из миллионов крошечных фрагментов, как было доступно раньше.
После восстановления геномов ученые применяют метод синтетических биоинформатических природных продуктов (synBNP). Этот подход позволяет предсказать химическую структуру биоактивных молекул на основе генетической информации, а затем синтезировать их в лаборатории. Так удалось получить 2 новейших мощных антибиотика из некультивируемых бактерий.
Преимущества метода synBNP:
Анализ одного образца лесной почвы дал 2,5 терабазовых пары данных — это самое глубокое исследование почвенных микробов с использованием длинных прочтений. Получено сотни полных бактериальных геномов, из которых более 99% были новейшими для науки. Исследователи смогли выделить представителей 16 основных ветвей бактериального древа.
Из обнаруженных молекул 2 лидера — эрутацидин и тригинтамицин — показывают уникальные механизмы действия. Эрутацидин разрушает бактериальные мембраны, взаимодействуя с липидом кардиолипином, и эффективен против устойчивых штаммов. Тригинтамицин нацелен на белок ClpX, редкую антибактериальную мишень, что делает его перспективным антибиотиком.
Изучение бактерий почвы началось еще в середине XX века, когда были открыты первые антибиотики, такие как пенициллин и стрептомицин. Однако с тех пор методы резко изменились: от выращивания культур к молекулярным технологиям, которые позволяют исследовать микробное разнообразие без необходимости культивирования. Новейшие технологии открывают двери к неизведанным ресурсам природы.
…применить этот подход к другим экосистемам, например, морским глубинам или человеческому микробиому? Это может открыть новейшие источники лекарств и расширить понимание микробных взаимодействий в природе и здоровье человека.
Исследование почвенных микробов с помощью современных технологий секвенирования и биоинформатики открывает новейшие горизонты в поиске антибиотиков и других биоактивных молекул. Возможность работать с некультивируемыми бактериями меняет подход к микробиологии и фармакологии, обещая революционные открытия.