Бактериоцин – возможная альтернатива антибиотикам?
Российские ученые на пути создания новых препаратов для борьбы с патогенными микроорганизмами, в том числе антибиотикорезистентными.
Именно стафилококки, мириады которых нас окружают, вызывают ангины и ОРЗ, пищевые отравления и госпитальные инфекции, болезни десен и трофические язвы. Ученые уверяют, что паника преждевременна. Сегодня уже появились препараты, которые в ближайшее время смогут либо заменить антибиотики, либо существенно пополнить арсенал антимикробных средств, которые позволят успешно бороться с антибиотикорезистентными возбудителями человека и животных, в том числе, с новыми опасными стафилококками. Сегодня мы беседуем с доктором ветеринарных наук, профессором Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии Эдуардом Светочем, руководителем международного научного проекта, посвященного разработке пилотной технологии получения бактериоцинов и их применению в птицеводстве.
- Что представляет собой бактериоцины?
- Бактриоцины - это низкомолекулярные пептиды, продуцируемые микроорганизмами и обладающие антимикробным действием. Разнообразие их велико, так же как и диапазон их противомикробного действия: от весьма узкого до чрезвычайно широкого. Выработались бактериоцины в процессе эволюции как первое универсальное оружие в борьбе за питание между микробами как внутри одного вида, так и между видами. Бактериоцины замечательны тем, что им, в отличие от антибиотиков, действующих весьма избирательно, абсолютно безразлично, что за микроб перед ними: резистентен ли он к антибиотику, или чувствителен. Как бы микроб ни мутировал, приспосабливаясь к своему врагу, он всё равно не станет резистентным к бактериоцину. Почему? Да потому что бактериоцин, образно говоря, делает дырки в клеточной оболочке, превращая микроб в решето. А вот антибиотик должен проникнуть внутрь клетки микроба, связаться там с определенными «мишенями», и если это получится, то микроб погибнет. У разных антибиотиков - разные «мишени», и со временем «недобитый микроб» производит поколение сверхживучих, резистентных. В случае с микробом, «расстрелянным» бактериоцином, это невозможно. При таких блестящих преимуществах бактериоцины до сих пор не служат медицине и ветеринарии только потому, что их производство пока дороже и сложнее, чем, скажем, антибиотиков.
- Почему вы занялись бактерицинами?
- В начале 90-х в России появился Международный научно-технический центр (МНТЦ), в который вошли Россия, США, ЕС, Япония, Корея, Канада. Главной целью этого центра была материальная поддержка ученых. В наш институт приехала делегация по линии этого центра и Министерства сельского хозяйства США. Гости послушали, что мы умеем делать, и обозначили ряд актуальных задач. Прозвучала и проблема птицеводства, над которой американские ученые бились уже лет тридцать. Не секрет, что США - основной поставщик мяса бройлерной птицы в мире. Но при этом в Америке у людей ежегодно регистрируется огромное количество случаев «птичьих» инфекций, идущих в подавляющем большинстве случаев от кампилобактерий, сальмонелл и клостридий. Вообще, кампилобактерии, например, микробы очень живучие и едва ли не до 90% бройлерных ферм – как в России, так и в США - заражены ими.
- Насколько тяжело протекают у людей «птичьи» инфекции?
- У людей кампилобактериоз и сальмонеллез длятся в течение одной-двух недель. Как правило, эти заболевания заканчиваются самовыздоровлением, однако человек теряет работоспособность. Нередко возникают и осложнения. Например, каждый сотый случай кампилобактериоза влечет за собой осложнения в виде поражения нервной системы в результате развития аутоиммунного заболевания. Кроме этого, есть и экономические моменты. Переболев сальмонеллезом или кампилобактериозом, человек ещё долго не купит в магазине курятину. При массовых заболеваниях продажи падают. И если русская кухня, предписывающая подвергать мясо глубокой тепловой обработке, ещё спасает наш народ от вспышек пищевых инфекций, то американцам с их «фаст-фудом» повезло меньше. В США, судя по статистике, количество заболеваний, например, кампилобактериозом ежегодно намного выше, чем в России.
В партнерском проекте с Министерством сельского хозяйства США нам обозначили задачу – санировать живую птицу от кампилобактерий. В США для обработки тушек бройлеров с целью уничтожения возбудителей пищевых инфекций применяют хлорсодержащие препараты, что, разумеется, не является идеальным решением. Так мы включились в биотехнологический проект, сотрудничая по данной проблеме с нашим американским коллаборатором доктором Норманом Стерном. Начали подбирать к кампилобактериям и сальмонеллам естественных врагов-микробов. Отобрали несколько сотен бактерий-антагонистов. Пробовали в опытах разные рецептуры препарата, то есть кормили цыплят живыми микробами в разной дозировке и сочетаниях. И что же? Мы получили то же самое, что и наши коллеги в США. Вытеснить патогены из кишечника птицы живыми бактериями-антагонистами не удается.
Промучавшись приблизительно год, мы стали искать другие пути. И тут кто-то из нас логично предложил выделить из живых микробов субстанции, обуславливающие их антагонистические свойства. Ими, как оказалось, являлись низкомолекулярные белки - пептиды. Удивительно, что до наших экспериментов ученым из США и других стран это не приходило в голову! Сказано - сделано. Мы добавляли пептиды сначала в корм, а затем и в питьевую воду для цыплят, и результат потряс нас самих. Почти 90% птицы полностью санировалось от кампилобактерий.
Вместе с доктором Н.Стерном мы сделали об этом доклад в Дании. К нему отнеслись по-разному: кто с энтузиазмом, кто со скепсисом. Мы продолжили наши работы по бактериоцинам, результаты которых опубликованы в нескольких зарубежных научных журналах.
Очевидно, что «русские фантазеры» наглядно продемонстрировали, что под абсолютно любую патогенную микрофлору можно подобрать природного врага - бактериоцин. И это – уже стратегический вектор микробиологии.
- Запатентована ли ваша работа?
- Да. В январе 2006 года в наш ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии прислали из США патент, в котором подтверждена новизна и оригинальность наших работ, по крайней мере, в области птицеводства, Оказалось, что такого рода патент- первый в мире. Права на него в равной мере принадлежат российскому ГНЦ микробиологии и биотехнологии и Минсельхозу США.
И что любопытно. Создавая лекарство от кишечных микробов домашней птицы, мы неожиданно обнаружили, что у неё повышается иммунитет, в том числе и к вирусам. Не исключено, что иммуномодулирующие свойства бактериоцинов, могут сыграть существенную роль в борьбе с инфекционными заболеваниями птиц.
Проект по биотехнологии в области птицеводства идет уже шестой год. Все это время он финансируется через МНТЦ по линии Минсельхоза США. Сейчас мы работаем над промышленной технологией получения бактериоцинов для птицеводства. Нам дали на это два с половиной года. Пилотная промышленная технология предполагает испытания препаратов бактериоцинов на большом количестве бройлеров.
- Получается, что вы работаете на Америку?
- Не только. В соответствие с соглашениями между МНТЦ, ГНУ ПМБ и Минсельхозом США у России на разработки нашего Центра такие же права, как и у США. Другое дело, что в Америке быстрее и активнее применяют науку на практике. Правда, и у нас в Министерстве сельского хозяйства проявили большой интерес к нашим разработкам. С интересом отнесся к нашим сообщениям и руководитель Роспотребнадзора Министерства здравоохранения и социального развития РФ, Главный санитарный врач страны Г.Г. Онищенко. У нас появилась надежда, что и в нашей стране бактериоцины найдут применение. Нужно финансирование этого направления.
Нам очень хотелось бы, чтобы в России поддержали исследования по бактериоцинам. Мы сделали препараты для бройлерной птицы, которые позволят повысить конкурентоспособность продукции птицеводства, сделают ее безопасной для потребителя. Но пора уже думать, куда двигаться дальше. Ведь бактериоцин, это, по сути, альтернатива антибиотикам.
- А фармацевтическое сообщество готово принять эту альтернативу?
- К сожалению, российские фармакологи к этому совершенно не готовы. Многие из них ставят вопрос так: вы нам сначала отдайте ваш продукт, а мы ещё посмотрим, подходит ли он. Финансировать наши разработки они не желают, хотят взять готовое. Но мы же не можем «сделать на коленке» препарат нового поколения, да еще подарить его «коммерсантам», не вложившим в него ни копейки! Но я абсолютно уверен, что рано или поздно и наши фирмы будут вкладывать деньги в бактериоцины.
Недавно к нам приезжали ученые из Гарвардского университета США, ознакомившись с нашими разработками, они задумались, а вдруг это и есть то самое ноу-хау, которое они в последние годы ищут для борьбы с кишечной инфекцией, вызываемой микробом клостридиум диффисиле. В Америке, Канаде и других странах последние годы постоянно регистрируют вспышки этой инфекции, а антибиотики против нее работают плохо. Человек глотает таблетки - а они не действуют, возникают осложнения. Среди пожилых людей от этой инфекции отмечается высокий процент гибели.
А ещё есть очень коварная бактерия - хеликобактер пилори, которая в начале может вызвать у человека гастрит, затем язву, а в итоге – рак. За доказательство этиологической роли этого микроба в возникновении указанных болезней человека недавно австралийские ученые получили Нобелевскую премию. Сейчас для борьбы с хиликобактером пилори человеку дают препараты, их всего четыре наименования и все они с трудом убивают бактерию, но зато нередко вызывают у больного побочные осложнения. Лабораторные испытания показывают, что можно подобрать бактериоцин и под хеликобактер пилори. Но необходимы деньги на доклинические испытания. Без этого никто ученых с препаратом в клинику не пустит. Обидно, что несколько работ по лечению этой инфекции с помощью бактерий, продуцирующих бактериоцины, уже есть, но не в нашей стране, а в тех странах, где науку поддерживают активнее.
Есть несколько аргументов в пользу бактериоцинов. Во-первых, бактериоцины человек потребляет с момента своего рождения - с материнским молоком и кисломолочными продуктами. Во-вторых, есть бактериоцины, которые продуцируют наш организм, к примеру, в кишечнике. В третьих, более полувека пищевая промышленность использует низин, консервант естественного происхождения, маркируемый как Е-234. Это самый настоящий бактериоцин, продуцируемый лактобактериями, производят его фирмы тоннами в год, и ни одного случая, чтобы низин кому-то навредил, описано не было. И более того, ФАО считает абсолютно безопасным потреблять его ежедневно каждому человеку 70 мг.
И самое главное. Любые бактериоцины, в отличие от антибиотиков, полностью расщепляются в организме и вероятность возникновения осложнений от бактериоцинов, по-видимому, минимальна. Применение же антибиотиков, как уже это все хорошо знают, нередко чревато для человека отрицательными последствиями.
- Когда производство бактериоцинов станет промышленной технологией?
- Основная сложность в производстве бактериоцинов - себестоимость. Нам удалось подобрать условия выращивания бактерий-продуцентов бактериоцинов, которые позволяют на 1 литр культуральной жидкости получить 200 - 500 мг бактериоцина. Обыватель, далекий от микробиологии, наверняка удивится, что всего-то полграмма на литр - большое достижение. Поясню, что урожайность бактериоцинов (кроме низина), судя по литературным данным, у наших зарубежных коллег колеблется от 25 до 40 мг на литр, то есть, в 10 раз меньше.
Сейчас перед нами стоит задача - максимально удешевить процесс. Это можно сделать за счет повышения количества синтеза бактериоцинов штаммами-продуцентами и за счет упрощения процесса выделения активной субстанции.
- А как добиться снижения себестоимости?
- Это вопрос биотехнологии. Готового решения нет. Но мы уже придумали, как заставить бактерию выдавать бактериоцина больше природной нормы. Мы бактерию обманываем, подсовывая ей микроб, похожий на врага, и бактерия выделяет бактериоцин - оружие. А ещё мы держим нашу бактерию на голодном пайке, и она злится, думая, что это микроб-конкурент у неё корм сожрал, и тоже продуцирует бактериоцина больше. Вот отсюда и появились наши полграмма на литр вместо 40 мг.
Для запуска производства, кроме объёмов, ещё важна скорость получения итогового продукта. Изначально мы получали партию бактериоцина за трое суток. Сейчас мы приближаемся к 12 - 15 часам, что уже приемлемо для промышленной технологии.
Ещё один важный момент - степень очистки. Бактериоцин бактериоцину рознь. Вот, скажем, низин, которым консервируют молоко, йогурты, сметану. Его обнаружили еще в 1928 году. Но ведь это - полуочищенный продукт, в котором, кроме активного пептида, ещё полно других белков. Для ветеринарных, и уж тем более медицинских целей это недопустимо. И только высокая очистка сделает бактериоцин реальной альтернативой антибиотикам.
Поле деятельности для науки в области бактериоцинов неисчерпаемо. Похоже, международное научное сообщество почувствовало, какой ключ держит в своих руках. Но еще не знает, что с ним делать. Бактериоцины - это совершенно новое направление в микробиологии, биотехнологии, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и медицине. Я уверен, что уже лет через пять на этом поле все научные «делянки» будут поделены. И очень важно, чтобы Россия не сдала своих лидерских позиций.
Беседу вела Анна ГАГАНОВА
