IBM хочет заменить антибиотики синтетическими молекулами ⁠⁠

Благодаря открытию антибиотиков человечеству удалось спасти множество жизней. Однако бактерии умеют приспосабливаться, и сейчас от устойчивых к антибиотикам инфекций умирает около 700 тысяч человек в год. Пока другие исследовательские группы пытаются найти новые антибиотики у грибов или бактерий, учёные из IBM пошли по иному пути — они разработали синтетические полимеры, способные убивать бактерии изнутри.

Перевод от проекта Newочём

Оригинал статьи: Popular Science.

Аудиоверсия статьи

Исследователи считают, что новая молекула будет лучше справляться с постоянно эволюционирующими бактериями.

В 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин. Это открытие считается ключевым по двум причинам. Первая и самая очевидная — врачи наконец-то смогли лечить такие заболевания, как воспаление легких, гонорея и ревматическая лихорадка. Раньше все лечение ограничивалось ожиданием и надеждой, что иммунная система больного сама победит инфекцию. Чаще всего исход был печальный. И вторая — открытие навело на мысль, что производимые бактериями и грибами вещества можно использовать для уничтожения других бактерий, тех, что вызывают болезни и инфекции.

С тех пор ученые находятся в постоянных поисках новых молекул, похожих на пенициллин, для избавления от бактерий, заражающих наш организм. С самого начала это была гонка на время. Бактерии быстро эволюционируют, и пока мы пытаемся от них избавиться, их цель диаметрально противоположна — выжить любой ценой. Исследования показывают, что в этом «перетягивании каната» победа бактерий все ближе и ближе. В мае 2016 года Контроль устойчивости к противомикробным препаратам, группа исследователей, финансируемая Министерством здравоохранения Великобритании, установила, что каждый год 700 000 человек умирает от инфекций, устойчивых к антибиотикам (то есть от бактерий, которые ни один современный антибиотик уничтожить не может). К 2050 году могут погибнуть 10 миллионов, если исследователи не найдут способа бороться с постоянно эволюционирующими бактериями.

Ученые ищут всевозможные пути избежать такого исхода. Пока большинство по примеру Флеминга занято поисками новых молекул в бактериях и грибах, исследователи из IBM используют другой подход. Они создали синтетическую молекулу, действующую совершенно по-новому, уничтожая бактерию изнутри.

Это ответ ученых на самый пугающий прогноз развития резистентности к антибиотикам: заражение устойчивым штаммом бактерии становится системным, то есть через кровь распространяется по всему организму. Они разработали молекулы для борьбы с пятью самыми устойчивыми штаммами, инфицирование которыми часто становится системным и приводит к отказу внутренних органов.

Исследователи уже давно работают над созданием синтетических молекул, однако перед ними стоит непростая задача. Такая молекула должна биологически распадаться — она не может все время оставаться в теле человека. Также необходимо, чтобы молекула эффективно боролась с бактериями и не наносила вред органам и системам организма. Существующие препараты, способные уничтожить высокоустойчивые бактерии, обычно токсичны для печени и других внутренних органов.

«Мы пытаемся подражать работе нашего иммунитета», — говорит Джеймс Хендрик, исследователь из IBM. Он и его коллеги на этой неделе опубликовали статью с описанием своих открытий в журнале Nature Communications. «Наша иммунная система находит бактерию и растворяет ее мембрану. Уничтожает клеточных захватчиков, разрушая их защитную оболочку», — поясняет ученый. «Когда в организм попадает инфекция, иммунитет тут же начинает вырабатывать особые антибактериальные пептиды. Простыми словами — полимеры». (А если еще проще, то большие молекулы.) В последние годы многие ученые занимаются созданием этих больших молекул в лабораториях.

По мнению Хендрика, проблема в использовании этого метода при лечении общих инфекций состоит в том, что когда бактерия уничтожается, из ее клетки в кровь попадают токсины. Все было бы не так ужасно, если бы клетка была одна. Но когда таких миллионы, вред от токсинов становится серьезным.

Раньше искусственные полимеры именно так и работали — «взрывали» бактерию, уничтожали ее. Новые же полимеры разрушают бактерию изнутри.

Метициллин-резистентный золотистый стафилококк. Ученые в IBM работают над созданием искусственной молекулы для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями.Центр по контролю и профилактике заболеваний США

И это еще не все. Хендрик и его коллеги также считают, что такого рода молекулы будут вызывать снижение резистентности к антибиотикам. Полимер работает через электростатическое взаимодействие, когда положительный и отрицательный заряды притягиваются. Молекула притягивается к поверхности бактерии. Это значит, что даже если бактерия изменится, высока вероятность того, что полимер все равно будет притягиваться к какой-либо ее части.

Исследователи из IBM обнаружили, что полимер биологически расщепляется и работает крайне быстро. «Этот новый вид полимеров хорош тем, что через три дня он полностью распадается. По сути, он попадает в организм, уничтожает бактерию, распадается и выводится из организма».

Пока все испытания проводились на мышах, однако Хендрик считает, что они готовы приступить к клиническим исследованиям на людях. Для IBM это означает налаживание контактов с фармацевтическими компаниями для начала клинических исследований полимера, и в перспективе — разработку лекарственного препарата на его основе.

Звучит многообещающе, но до появления препарата в рецептах врачей еще нескоро. Несмотря на то, что полимер прекрасно показал себя в испытаниях на мышах, на человека он может подействовать не так благотворно и эффективно. Крайне важно то, чтобы в организме человека молекулы расщеплялись так же хорошо, как и в организме мышей. Предыдущие попытки разработать такой антибиотик на основе полимеров не удавались именно из-за опасности его накопления в организме.

Есть и сомнения насчет цены. Получение полимера в лабораторных условиях, скорее всего, будет намного дороже, чем создание обычного антибиотика, и поэтому цена для фармацевтических компаний и потребителей будет выше.

Даже если новый способ лечения окажется успешным, это ни в коем случае не значит, что можно оставить поиски других способов уничтожить бактерии без антибиотиков, как и отказываться от методов замедления развития резистентности к антибиотикам. В этом может помочь сокращение количества кесаревых сечений, отказ от использования антибиотиков для лечения инфекций, не реагирующих на них (обычная простуда или грипп) или с которыми иммунитет человека может справиться сам, а также сокращение использования антибиотиков в производстве мяса.

Хотя препарат, возможно, замедлит рост сопротивляемости бактерий на некоторое время (Хендрик затрудняется точно сказать, на какое), это не значит, что так всегда и будет. «Эти бактерии умные. Уверен, через несколько десятилетий они поймут, как обходить наш полимер», — считает ученый. «Поэтому эта борьба никогда не закончится».

(В статье рассказывается о гуанидин-функциализированных поликарбонатах, эффективность которых показана в статье Nature. — Прим. Newочём)

Автор: Клэр Малдарелли.

Другие переводы зарубежных СМИ от Newoчём: ВКонтакте, Telegram.