В Ставрополе идёт работа над созданием новой формулы антибиотика

В Ставрополе идет работа над созданием формулы антибиотика, который будет действовать на бактерии, адаптирующиеся к ныне известным лекарствам. О значении этого процесса для медицины рассказал руководитель проекта по разработке нового препарата, кандидат медицинских наук, сотрудник Ставропольского государственного медицинского университета Альберт Болатчиев.

- Альберт, расскажите на доступном языке: зачем и как срочно нам нужны новые антибиотики? Разве не хватает ассортимента, представленного в аптеках?

- Со временем у микроорганизмов появляется своеобразный иммунитет к антибиотикам, в том числе из-за бесконтрольного их употребления. В научных кругах такое явление называют резистентностью. Ее возникновение может привести к катастрофе. Но если удастся разработать новые препараты, то беда не случится.

Прогрессирующее нарастание антибиотикорезистентности является глобальной угрозой человечеству, что отражено в международных документах Всемирной организации здравоохранения. В нашей стране также принят ряд важнейших решений, направленных на обеспечение биологической безопасности. Так, в соответствии с Указом Президента РФ «Об Основах государственной политики Российской Федерации в области обеспечения химической и биологической безопасности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу», одной из основных биологических угроз является распространение антимикробной резистентности, рост эпидемиологической значимости условно-патогенных микроорганизмов, увеличение частоты заболеваний, вызываемых инфекциями, у лиц с иммунодефицитными состояниями, распространение инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Стремительный и повсеместный рост устойчивости микроорганизмов к антибактериальным препаратам является одной из важнейших проблем современной медицинской науки. На сегодняшний день более 700 тысяч смертей ежегодно связано с ростом числа антибиотикорезистентных штаммов. К середине XXI века эта цифра достигнет десяти миллионов. Очевидна острая необходимость в поиске новых подходов к лечению инфекций.

- Ваш вклад в решение проблемы в чем заключается? Позволит ли нашим ученым имеющаяся на Ставрополье материально-техническая база чем-то помочь делу?

- Данной тематикой я занимаюсь с 2015 года, когда начал работать над кандидатской диссертацией под руководством профессора Владимира Александровича Батурина. Именно он направил меня в сторону наиболее актуальной проблемы, за что я ему очень благодарен.

В настоящее время наш проект финансируется Российским научным фондом Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми. Его название - «Исследование активности антимикробных пептидов в отношении полирезистентных бактериальных инфекций». Грубо говоря, я как раз и занимаюсь поиском способов борьбы с устойчивыми к антибиотикам инфекциями.

Материально-техническая база Ставропольского государственного медицинского университета позволяет проводить подобные исследования, поскольку на базе нашего научно-инновационного объединения функционирует ряд лабораторий, позволяющих проводить исследования в самых разных областях. К примеру, в рамках данного проекта мы уже работали на базе лаборатории фармакологии. За предоставление отличных условий и возможностей для проведения научных исследований я хочу выразить огромную благодарность руководству университета в лице исполняющего обязанности ректора Виктора Николаевича Мажарова.

- В чем суть вашей разработки? Какие есть успехи?

- Одними из перспективных кандидатов на роль новых противомикробных препаратов являются так называемые антимикробные пептиды, которые продуцируются всеми живыми организмами для борьбы с инфекциями. На сегодняшний день открыто более 3100 таких пептидов. Особенностью данных соединений является широкий спектр действия (эффективны против бактерий, грибов и вирусов), а также то, что микроорганизмы практически лишены способности сформировать устойчивость к ним. Известно, что за счет своих уникальных физико-химических характеристик пептиды повреждают клеточную мембрану бактерий, это приводит к их гибели. Помимо прямого противомикробного действия, антимикробные пептиды оказывают выраженное активирующее действие на иммунную систему, что также позволяет им реализовывать опосредованную противоинфекционную защиту.

В частности, я исследовал активность двух пептидов – человеческого бета-дефензина-3 (hBD-3) и эпинецидина-1 (Epi-1), который продуцируется клетками оранжево-пятнистого морского окуня. Проведенный опыт показал, что сам по себе антибиотик не смог вылечить подопытных мышей, так как их заражали штаммами бактерий, устойчивых к применяемому препарату. Но перед нами стояла задача оценить, как работает комбинация пептида и антибиотика.

В результате экспериментов на животных было показано, что антимикробный пептид hBD-3 в комбинации с антибиотиком более эффективен – снижает летальность лучше, чем монотерапия пептидом. На основании этого можно сделать осторожный вывод, что применение антимикробных пептидов может сделать бактерии вновь чувствительными к классическим антибиотикам. Конечно, это предварительные выводы, нам необходимы дополнительные исследования: нужно изучить различные дозы и различные комбинации пептидов с антибиотиками, чтобы в будущем мы смогли применять антимикробные пептиды для преодоления антибиотикорезистентности.

- Как дальше будет строиться процесс работы над новым препаратом?

- Сейчас мы работаем в трех ключевых направлениях. Первое - поиск способов применения и внедрения антимикробных пептидов природного происхождения. В данной области нами совершено несколько открытий: во-первых, как уже сказано выше, оказалось, что антимикробные пептиды эффективны в отношении супербактерий, они могут усиливать лечебные эффекты обычных антибиотиков и могут вернуть в медицинскую практику уже не использующиеся антибиотики. Более того, нами совместно с заведующим кафедрой микробиологии Ставропольского государственного медицинского университета, профессором Игорем Александровичем Базиковым разработаны препараты и для наружного применения, которые эффективны в лечении инфицированных ран и других кожных инфекций. Еще одно важное открытие в сфере природных антимикробных пептидов связано с тем, что в ходе проводимой работы найдены способы выделения пептидов из клеток крови, что значительно упрощает технологию разработки лекарственных средств.

Второй ключевой момент - поиск веществ, которые могли бы активировать синтез своих собственных антимикробных пептидов. Как упоминалось ранее, все живые виды могут вырабатывать их, в том числе и человек. Наши иммунные клетки и клетки эпителиев способны вырабатывать пептиды с антимикробной и противоопухолевой активностью. Мы надеемся обнаружить вещества, которые могут запускать продукцию наших собственных пептидов. Это открывает огромный спектр возможностей для создания ряда лекарственных соединений, эффективных в лечении не только инфекций, в том числе и вирусных, но и онкологических заболеваний. Можно будет усилить и эффективность многих вакцин.

Ну и третье – это создание совершенно новых пептидов с противомикробной активностью. Если природе удалось создать более 3100 антимикробных пептидов, значит, человек может попытаться «смастерить» новые. Любой пептид представляет собой последовательность аминокислот. Для доступности понимания проведем сравнение с языком. Каждый пептид - это «последовательность букв». Всего в природе используется 20 аминокислот для строительства пептидов - значит в «алфавите» всего 20 букв. У живых организмов, включая человека, есть более трех тысяч пептидов – то есть более трех тысяч «слов». Человеческий мозг не в состоянии проанализировать все 3100 природных пептидов и выявить в них закономерности и уж тем более не в состоянии «создавать» новые пептиды из имеющегося алфавита. Однако искусственный интеллект, а точнее, так называемая нейролингвистическая нейросеть, в состоянии это сделать. Мы в ходе своей работы настроили эту нейросеть на то, чтобы она научилась у природы создавать новые пептиды. В итоге после кропотливой работы нейросеть сгенерировала 198 новых пептидов, которых нет в природе, но которые могут иметь такие же свойства, как и антимикробные пептиды природного происхождения. Но мы пока не будем раскрывать подробности полученных результатов, так как они находятся на рецензировании в научном журнале.

- Как работают в данном направлении столичные и зарубежные коллеги? Есть ли шанс у ученых из Ставрополя занять лидирующие позиции в данном направлении?

- Насчет конкурентов могу сказать, что их много. По всему миру. В России разработкой новых антибиотиков занимаются несколько научных групп в Сколковском институте науки и технологий, а также в столичных высших учебных заведениях. Но именно антимикробными пептидами занимается всего одна-две группы в стране. Еще раз отмечу, что у антимикробных пептидов есть потенциал не только как у перспективных антибиотиков: на их основе можно получить новые противовирусные и противоопухолевые препараты. К примеру, недавно было обнаружено, что пептид HD-5, в норме его вырабатывают клетки человека, может подавлять связывание вируса SARS-CoV-2 с эпителиальными клетками человека. Это открывает безграничные возможности для создания новых препаратов на основе природных и «новых» антимикробных пептидов. На основе пептидов можно разработать минимум десять миллионов соединений с различными видами фармакологической активности.

Что касается лидирующих позиций ученых из Ставрополя, то ограничений на это никаких нет, кроме финансовых. Но эту проблему мы стараемся решить: постоянно участвуем в федеральных конкурсах грантов. Сейчас мы подали заявку на участие в конкурсе 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов от Российского научного фонда. Ожидаем результатов рассмотрения.