В микробиологията аз съм извънземен" ренесанс в откриването на антибиотиците
- Как стигнахте до микробиологията, защо започнахте да се занимавате с нея?- Не съм микробиолог. Израснах - в научен смисъл - в Московския университет, а след това в аспирантура в Института по океанология Ширшов близо до метростанция Профсоюзная. Тогава не се занимавах с микроорганизми. И може би това, което правя днес, няма много общо с предишната ми работа. Когато написах курсовата си работа и докторската си работа, се потопих в света на микробите. Тогава осъзнах, че това, което правя, може да е важно и интересно, но само за петима души на Земята. А микробите - пет милиарда. Без сравнение! Започнах да преподавам сам. Така че в микробиологията аз съм аутсайдер, което е лошо, защото има много неща, които просто не знам. Но има и предимства, защото такъв непознат има възможност да погледне на стар проблем с нови очи. Преди около 15 години се запознах с проблем, за който не знаех преди, и бях напълно заловен от него. Говоря за факта, че по-голямата част от микроорганизмите на нашата Земя никога не са били култивирани от никого и ние практически не знаем нищо за техните свойства. Зоолозите танцуват от възторг, когато открият някой нов подвид и много се радвам за тях. Но тук, във всяко гърне на земята, има разнообразие от живот, което надхвърля всичко, което познаваме. Представете си - в едно гърне! С една дума, има море, океан от нови видове микроби. И ако има океан, значи има биологична новост, която не познаваме, тоест химическа новост. Учените са съгласни, че днес само 1% от съществуващите микроорганизми се култивират. Ако този един процент може да спаси човечеството под формата наантибиотици, какво могат да направят 99%? Нека ви разкажа за мисловен експеримент, който започна това, което направих след това в моята лаборатория. Представете си, че вземете бактерия от почвата и я засадите върху петриево блюдо с някакъв вид хранителна среда. Представете си, че тази клетка е нараснала, разделила се е и е образувала колония. Разбира се, ние го наричаме самоусъвършенстване. Сега – още един експеримент. Вие сте взели същата клетка и я носите в лабораторията, за да я поставите върху петриево блюдо. Но в последния момент размислихте и върнахте тази клетка там, откъдето дойде. Представете си, че не сте повредили тази клетка по никакъв начин. Какво ще прави, след като я върнете в къщата? То ще расте и ще формира колония точно както направи в петриевата паничка. Това също ли е самоусъвършенстване? От една страна, разбира се, да: направихме така, че от клетката да израсне колония. От друга страна, не е, тъй като резултатите от този експеримент не са достъпни и безсмислени за нас. Не можем да отделим колонията, която е нараснала, от тези, които вече са били там. В практическия живот такова самоусъвършенстване няма смисъл.
- Защо този експеримент беше важен?- След като го стартирах, осъзнах, че работя в грешна посока. Опитах се да направя това, което всички се опитаха да направят - да подобря петриевото блюдо. Опитах се да променя начина на култивиране, за да го направя по-приемлив за микроорганизмите. Реших проблем, който няма нужда от решаване, защото природата вече го е решила. Съдържа всички вещества, необходими за растежа на всеки организъм. Така че това е мястото, където трябва да растете! Проблемът не е в култивирането, а в това как да се отделят резултатите от растежа на тази клетка от другите колонии.
- Как решихте този проблем?
- Много просто. Представете си, че отивате сред природата, взимате клетка, носите я в лабораторията и не я поставяте в петриево блюдо, а я поставяте в малка торбичка, която е направена от полупропускливи мембрани. Тези мембрани имат малки дупчици, през които клетката не може да премине, но молекулите могат. И така, нашата клетка се намира в такава торба. И сложих тази чанта там, откъдето взех тази клетка. Клетката не може да напусне тази торбичка. Но химическата дифузия ще накара ситуацията вътре да бъде същата като извън торбичката. И тази клетка никога няма да разбере, че я няма в природата. Клетката ще започне да се дели и ще образува колония. Всичко, което трябва да направя, е да изчакам седмица или две, да извадя тази торба, да я отворя и да взема колония. Дори не е нужно да знам защо е пораснала. Култивирането е дело на природата, просто трябва да създам тази чанта.
-Откъде дойде вашето изобретение iChip?
- IChip е идея. Може да се реализира по различни начини. Първата беше малка чиния с много дупки. Поставяме по една клетка във всяка дупка, след което вземаме мембрана, която ще позволи химическа дифузия, но няма да позволи на клетката да пътува, и затваряме пластината от всички страни. Оказва се такъв сандвич, в който има около 400 клетки, всяка в собствената си дупка. Поставяме го там, откъдето идват клетките. Такава чиния не е по-различна от чантата, за която говорих. Имам и други устройства, като например отливка на дъвка на доброволец с малък iChip, поставен в нея. Взимаме проба от плака и поставяме една клетка от тази смес в една от малките дупчици в чипа. Всичко това се връща в устата на доброволеца, където клетките имат възможност да растат, в контакт точно със зъба, от който смете бяха взети. И по този начин можем да култивираме организми, които растат в устата, но не растат в блюдото на Петри.
- Какво е практическото значение на iChip, например, във фармакологията?
- Добре известно е, че откриването на нови антибиотици е почти нулево. През последните 30 години мисля, че е открит само един нов клас антибиотици. Индустрията практически не създава нищо ново. Изглежда, че този един процент от микроорганизмите се е изчерпал. Идеята за култивиране на микроорганизми в естествената им среда е патентована от Североизточния университет в Бостън, където работя. Въз основа на този патент с колегата ми Ким Луис създадохме малка компания, Novobiotic Pharmaceuticals, която лицензира патента от моя университет. От около 12 години използваме различни методи за отглеждане на нови бактерии от почвата и търсене на антибиотици в тях. Идеята е, че ако 1 процент може да бъде изчерпан, то останалите 99 не могат. Следователно отвореният процент от тези 99% ще бъде много по-висок от отворения процент от един процент, който на практика е нула. През последните 10-12 години колекцията ни натрупа малко повече от 60 000 нови - да ги наречем - видове. Всички те са внимателно изследвани за способността им да произвеждат антибиотици. От тези 60 хиляди момчетата откриха 28 нови антибиотика. Това не означава, че имаме 28 нови лекарства, защото по-голямата част от тях никога няма да достигнат до пазара, тъй като ще бъдат токсични за вас, за мен и за мишките. Имаме 28 нови химически съединения със свойства да убиват други микроби.
- Разкажете ни за тези нови антибиотици.
- Един от тях е теиксобактин. Има страхотни свойства. Повечетоосновното е, че микробите - нашите патогени - не могат да развият резистентност към него. Обикновено антибиотикът действа срещу молекула или структура в клетката. Например, може да е някакъв вид протеин. Антибиотикът влиза в клетката, сяда върху протеина и променя функциите му, така че той вече не може да действа. Ако този протеин е от съществено значение за съществуването на клетката, тя умира. И целта на антибиотика, като правило, е една. Резистентност възниква, когато се появи мутация в протеин, който не позволява на антибиотика да навреди на неговата функция. Такива мутации възникват с определена честота. Ако се появяват често, резистентността се развива бързо. Ако е рядко, отнема много години, за да се развие резистентност, но все пак се случва. Сега си представете, че вашият антибиотик е насочен към две молекули едновременно. Вероятността от мутация става много по-ниска. Ако резистентността към едномолекулен ванкомицин отне 30 години, тогава резистентността към двумолекулен насочен теиксобактин може да отнеме 900 години! Следователно в лабораторията ние просто не сме в състояние да отгледаме щам, който е резистентен на този антибиотик. Това е фундаменталната му разлика.
- Срещу какво се бори теиксобактин?
- Има различни антибиотици. Широкоспектърните антибиотици убиват почти всички бактерии на Земята. Теиксобактин е тясноспектърен антибиотик. Той не убива всички, но много. Например антракс, което е много важно, тъй като това заболяване е едно от най-често използваните от терористи. Teixobactin действа много добре при мишки, като ги лекува от туберкулоза, псевдомембранозен колит (тежко инфекциозно заболяване на ректума), пневмония, менингит, остеомиелит, ендокардит, възпаление на средното ухо, синузит и др. Но трябва да разберетече не сме минали при хората и няма да минем след година-две. Когато това се случи, антибиотикът може веднага да се провали, защото ще бъде токсичен за хората, ще има лошо въздействие върху бъбреците - всичко може да се случи. Вероятността това да се превърне в истинско лекарство, разбира се, е, но далеч не е сто процента. Затова е много трудно да се говори за него като лекарство. Може да се обсъди като интересна молекула.
- Разкажете ни за проекта Gulliver и как ще работи на Марс.
- "Гъливер" съществува само под формата на име. Това е напълно нова идея и ние се опитваме да я приложим на практика, но все още няма „Гъливер“. Факт е, че всички методи за отглеждане на микроорганизми - стари и нови, традиционни и не, в "торба" или в петриево блюдо - имат едно общо качество, а именно: за да се използват, е необходим микробиолог. Трябва да има човек, който да вземе проба от почвата, да избере бактерии от тях, да ги постави в iChip или да ги засади върху петриево блюдо. Тъй като това изискване е абсолютно, нито един от тези методи не може да се използва на Марс или на Европа (луна на Юпитер), защото там няма микробиолог и няма да изпратим такъв в скоро време. Дълго мислих как да променя метода на култивиране, така че да не е необходимо присъствието на микробиолог. Това естествено е опасно нещо, защото ако можете да отгледате микроорганизъм и да изследвате свойствата му без микробиолог, тогава аз самият ще загубя работата си.
- Как работи „Гъливер“?
-Имате ли професионални мечти?- Искам да доведа Gulliver до съвършенство. Много ми се иска да вярвам, че със или без мен ще се използва "Гъливер" или нещо подобноМарс или Европа и открийте живота там. И дори ви позволяват да изучавате неговите свойства. Наистина бих искал да го повярвам. Сега можем да отглеждаме доста голям брой микроорганизми, които преди това не са били достъпни. Но все още не знаем защо те не растат на петриево блюдо. Знаем къде да ги отглеждаме, знаем как да ги отглеждаме, но не знаем какво има в природата, което не е в петриево блюдо. каква е тайната Бих искал да разреша този проблем веднъж завинаги.