Природные антибиотики извлекаются из специально выращенных колоний бактерий и грибов. Исследователи предложили упростить этот процесс, получая лекарства прямо из почвы через секвенирование «общей» ДНК и выделение из нее нужных фрагментов.
Многие бактерии не поддаются культивированию в лаборатории, что создает проблемы для медицины. В то же время, множество антибиотиков было создано микроорганизмами, и с увеличением устойчивости к ним среди микробов, почва, на которой мы находимся, хранит огромный запас неиспользованных жизненно важных соединений. Необходимо их обнаружить и идентифицировать.
По мнению исследователей Рокфеллеровского университета, им удалось получить доступ к микробной «золотой жиле». Их метод, опубликованный в журнале Nature Biotechnology, позволяет обойтись без необходимости выращивания бактерий в лабораторных условиях. Гораздо проще и экономичнее извлекать крупные фрагменты ДНК непосредственно из почвы для воссоздания геномов ранее не известных микробов, а затем извлекать из полученных геномов биоактивные молекулы.
Из одного образца лесного материала команда смогла получить сотни полных бактериальных геномов, которые ранее не были известны науке, а также два новых потенциальных антибиотика. Эти результаты предлагают масштабируемый подход к поиску новых потенциальных лекарств среди некультивируемых бактерий и открывают широкий, неизведанный мир микробов, формирующих нашу окружающую среду.
Шон Брэди, руководитель Лаборатории генетически кодируемых малых молекул в Рокфеллеровском университете, с радостью отметил, что у ученых появилась технология, позволяющая увидеть микромир, который ранее был недоступен. Они не только получают эту информацию, но уже превращают ее в потенциально полезные антибиотики. И это лишь начало.
Микробная «темная материя»
Почва является идеальным местом для поиска новых бактерий. Это самый крупный и разнообразный резервуар микроорганизмов на планете. В одной чайной ложке может содержаться тысячи различных видов, а общее количество микробов достигает миллиардов. Многие важные лекарства, включая основную часть нашего арсенала антибиотиков, были обнаружены в том небольшом сегменте почвенных бактерий, которые можно культивировать в лабораторных условиях. Также стоит отметить, что почва, в отличие от питательных сред, очень дешева.
Тем не менее, наука имеет очень ограниченные знания о микробах, обитающих в земле. Ученые предполагают, что эти скрытые бактерии представляют собой не только неиспользованный источник новых терапевтических средств, но и ключи для понимания того, как микробы влияют на климат, сельское хозяйство и окружающую среду. По всему миру существуют скрытые экосистемы, оказывающие огромное невидимое влияние на жизнь планеты. Это можно сравнить с космической темной материей, но в планетарном масштабе.
Чтобы разгадать тайны микробного мира, команде пришлось объединить несколько методов. Во-первых, они оптимизировали процесс выделения крупных высококачественных фрагментов ДНК непосредственно из почвы. Сочетание этого достижения с развивающейся технологией секвенирования длинных нуклеотидов с помощью нанопор позволило Яну Буриану, сотруднику лаборатории Брэди, получать непрерывные фрагменты ДНК длиной в десятки тысяч пар оснований — в 200 раз длиннее, чем позволяли предыдущие методы.