У мікробіології я прибулець» епоха відродження у відкритті антибіотиків
- Як ви прийшли до мікробіології, чому стали цим займатися? - Я не мікробіолог. Виріс я – у науковому сенсі – у Московському університеті, а потім в аспірантурі в Інституті океанології Ширшова біля станції метро «Профспілкової». Тоді я не займався мікроорганізмами. І, мабуть, те, що я роблю сьогодні мало пов'язане з моєю попередньою роботою. Коли я писав свою курсову роботу та кандидатську, я поринув у світ мікробів. Тоді до мене прийшло усвідомлення, що те, чим я займаюся, може бути важливим і цікавим, але лише п'ятьом людям на Землі. А мікроби – п'ять мільярдів. Жодного порівняння! Я почав сам себе навчати. Так що в мікробіології я прибулець, що погано, оскільки багато речей я просто не знаю. Але є й переваги, бо такий прибульець має можливість подивитися на стару проблему новими очима. Близько 15-ти років тому я познайомився з однією проблемою, яку не знав до цього, і виявився захопленим нею повністю. Я говорю про те, що абсолютна більшість мікроорганізмів на нашій Землі ніколи ніким не були культивовані, і про їхні властивості ми не знаємо практично нічого. Зоологи танцюють від захоплення, коли виявляють якийсь новий підвид, і я дуже радий за них. Але тут, у кожному горщику із землею, існує така різноманітність життя, яка перевищує все, що ми знаємо. Уявіть собі – в одному горщику! Одним словом, існує море, океан нових видів бактерій. А якщо існує океан, тобто біологічна новизна, яку ми не знаємо, тобто новизна та хімічна. Вчені сходяться на думці, що сьогодні культивовано лише 1% існуючих мікроорганізмів. Якщо цей один відсоток може врятувати людство у виглядіантибіотиків, що можуть зробити 99%? Давайте я вам розповім про один уявний експеримент, який започаткував те, чим я почав займатися після цього в моїй лабораторії. Уявіть собі, що б берете бактерію з ґрунту і саджаєте її на чашку Петрі з якимось живильним середовищем. Уявіть, що ця клітина зросла, поділилася та сформувала колонію. Зрозуміло, ми називаємо це культивування. Тепер – інший експеримент. Ви взяли ту саму клітку і несете її до лабораторії, щоб посадити на чашку Петрі. Але в останній момент ви змінили своє рішення і повернули цю клітку туди, звідки вона приїхала. Уявіть собі, що ви не пошкодили цю клітину. Що вона зробить після того, як ви повернете її в будиночок? Вона стане рости і утворює колонію так само, як вона зробила в чашці Петрі. Це також культивування? З одного боку, звичайно, так: ми зробили так, що з клітки виросла колонія. З іншого боку, це не так, оскільки результати цього експерименту недоступні та безглузді для нас. Ми не можемо відокремити колонію, яка виросла, від тих, які там уже були. У практичному житті таке культивування не має жодного значення.
- Чому цей експеримент був важливий? - Провівши його, я зрозумів, що працював у неправильному напрямку. Я спробував зробити те, що всі намагалися зробити, – покращити чашку Петрі. Я намагався змінити спосіб культивування, зробити його більш прийнятним для мікроорганізмів. Я вирішував завдання, яке не треба вирішувати, бо його вже вирішила природа. Вона містить всі речовини, необхідних зростання будь-якого організму. Значить, там і треба вирощувати! Проблема над культивуванні, а тому, як відокремити результати зростання цієї клітини з інших колоній.
- Як ви змогли вирішити цю проблему?
- Дуже просто. Уявіть, що ви йдете в природу, берете клітку, приносите в лабораторію і не саджаєте її в чашку Петрі, а поміщаєте в такий невеликий мішечок, зроблений з напівпроникних мембран. У цих мембран є крихітні дірочки, якими клітина неспроможна пройти, а молекули можуть. Отже, наша клітина сидить у такому мішечку. І цей мішечок я кладу туди, звідки цю клітку взяв. Клітина не може залишити цей мішечок. Але хімічна дифузія призведе до того, що всередині ситуація буде такою самою, як і поза мішечком. І ця клітина ніколи не дізнається, що вона не в природі. Клітина почне ділитися та сформує колонію. Все, що мені потрібно зробити, – це почекати тиждень-другий, витягнути цей мішечок, відкрити його та отримати колонію. Мені навіть не треба знати, чому вона виросла. Культивування – справа природи, мені потрібно створити цей мішечок.
-З такого мішечка і з'явився ваш винахід iChip?
- IChip – це ідея. Її можна втілити в життя різними способами. Перший був маленькою пластиночкою з безліччю дірочок. У кожну дірочку ми поміщаємо одну клітинку, після чого беремо мембрану, яка дозволить хімічній дифузії відбуватися, але не дасть клітині подорожувати і закриваємо платівку з усіх боків. Виходить такий бутерброд, у якому близько 400 клітин, кожна – у своїй дірочці. Ми поміщаємо його туди, звідки прийшли клітки. Така платівка нічим не відрізняється від мішечка, про який я говорив. У мене є й інші приладчики, наприклад, зліпок ясен волонтера зі вставленим у неї крихітним iChip. Ми беремо пробу зубного нальоту і поміщаємо одну клітинку із цієї суміші в одну з крихітних дірочок у чіпі. Все це повертається до рота волонтера, де клітини мають можливість рости, стикаючись саме з тим зубом, з якого миїх узяли. І таким чином ми можемо культивувати організми, які ростуть у роті, але не зростають на чашці Петрі.
- Яке практичне значення має iChip, наприклад, у фармакології?
- Загальновідомо, що відкриття нових антибіотиків практично дорівнює нулю. За останні 30 років було відкрито, на мою думку, лише один новий клас антибіотиків. Промисловість фактично не створює нічого нового. Створюється відчуття, що це один відсоток мікроорганізмів вичерпав себе. Ідею культивування мікроорганізмів у їхньому природному середовищі запатентував бостонський Північно-Східний університет, в якому я працюю. На основі цього патенту зі своїм колегою Кімом Льюїсом ми сформували маленьку компанію Novobiotic Pharmaceuticals, яка ліцензувала патент у мого університету. Вже близько 12 років ми використовуємо різні методи для того, щоб вирощувати нові бактерії з ґрунту та шукати в них антибіотики. Ідея полягає в тому, що якщо 1 відсоток може бути вичерпаний, то решта 99 – ще немає. Тому частота відкриттів із цих 99% буде набагато вищою, ніж частота відкриттів з одного відсотка, яка практично дорівнює нулю. За останні 10-12 років у нашій колекції набралося трохи більше 60 000 нових – назвемо їх – видів. Всі вони були ретельно досліджені на їхню здатність виробляти антибіотики. Із цих 60 тисяч хлопці відкрили 28 нових антибіотиків. Це не означає, що у нас є 28 нових ліків, тому що абсолютна більшість з них ніколи не досягне ринку, тому що вони виявляться токсичними для вас, для мене та для мишей. Ми маємо 28 нових хімічних сполук з властивостями вбивати інших мікробів.
- Розкажіть про ці нові антибіотики.
- Один із них – тейксобактин. Він має кілька чудових властивостей. Самеголовне: мікроби – наші патогени – що неспроможні виробити стійкість щодо нього. Зазвичай антибіотик працює проти молекули чи структури у клітині. Наприклад, це може бути якийсь білок. Антибіотик проникає у клітину, сідає білок і змінює його функції отже він не може працювати. Якщо цей білок важливий для існування клітини, вона вмирає. І ціль у антибіотика, як правило, одна. Стійкість виникає тоді, як у білку відбувається мутація, що дозволяє антибіотику пошкодити його роботі. Такі мутації відбуваються із певною частотою. Якщо вони відбуваються часто – стійкість виникає швидко. Якщо рідко, то для виникнення стійкості потрібно багато років, але вона у будь-якому випадку виникає. А тепер уявіть, що ваш антибіотик орієнтований одночасно на дві молекули. Імовірність мутації стає набагато нижчою. Якщо стійкість до ванкоміцину, що працює проти однієї молекули, зайняла 30 років, то стійкість до націленого на дві молекули тейксобактин може зайняти 900 років! Тому в лабораторії ми просто не здатні виростити штам, стійкий до цього антибіотика. У цьому його принципова відмінність.
- З чим бореться тейксобактин?
– Існують різні антибіотики. Broad-spectrum antibiotics вбивають практично всіх бактерій на Землі. Тейксобактин – це narrow spectrum antibiotic. Він не вбиває всіх, але багатьох. Наприклад, сибірка, що досить важливо, оскільки це захворювання є одним з тих, які, швидше за все, будуть використовувати терористи. Тейксобактин дуже добре працює в мишах, виліковуючи їх від туберкульозу, псевдомембранозного коліту (важкого інфекційного захворювання прямої кишки), пневмонії, менінгіту, остеомієліту, ендокардиту, отиту, синуситу та інших. Але треба розуміти,що ми не перейшли до людей, і ми не перейдемо до них ще за рік чи два. Коли ж це станеться, антибіотик може провалитися негайно, тому що він виявиться токсичним для людини, погано впливатиме на нирки - може статися все, що завгодно. Імовірність того, що він стане справжніми ліками, ясна річ, є, але вона далеко не стовідсоткова. Тому дуже важко його обговорювати як ліки. Його можна обговорювати як цікаву молекулу.
- Розкажіть про проект "Гулівер" і про те, як він працюватиме на Марсі.
- "Гулівер" існує лише у вигляді назви. Це зовсім нова ідея, і ми намагаємося втілити її на практиці, але самого “Гулівера” ще немає. Справа в тому, що всі способи вирощування мікроорганізмів – старі та нові, традиційні і ні, у «мішочку» або в чашці Петрі – поєднує одну якість, а саме: для того, щоб їх використовувати, потрібен мікробіолог. Має бути людина, яка візьме пробу ґрунту, вибере з них бактерії, поставить їх у iChip або посадить на чашку Петрі. Оскільки ця вимога абсолютно, то жоден із цих способів не може бути використаний на Марсі чи Європі (супутнику Юпітера), тому що там немає мікробіолога, і ми не збираємося його туди посилати найближчим часом. Я довго думав про те, як змінити спосіб культивування таким чином, щоб присутність мікробіолога не була необхідною. Це, природно, небезпечна річ, оскільки якщо ви можете виростити мікроорганізм та вивчити його властивості без мікробіолога, тоді я сам втрачу роботу.
- Як влаштований "Гулівер"?
-Чи є у вас професійні мрії?- Я хочу довести до розуму «Гулівера». Мені дуже хотілося б вірити, що при мені або без мене "Гулівер" або щось схоже буде використано наМарсі чи Європі та відкриє там життя. І навіть дозволить вивчати її властивості. Я дуже хотів би в це вірити. Зараз ми можемо виростити досить багато мікроорганізмів, які раніше були недоступні. Але ми, як і раніше, не знаємо, чому вони не ростуть на чашці Петрі. Ми знаємо, де їх виростити, ми знаємо, як їх виростити, але ми не знаємо, що таке міститься в природі, чого немає у чашці Петрі. У чому полягає таємниця? Мені хотілося б вирішити цю проблему раз і назавжди.