Медицина была преобразована в 20-м веке благодаря открытию и разработке антибиотиков, подавляющее большинство которых происходило из одного источника: почвенные бактерии.

Но мы, кажется, отключили это предложение. Устойчивость болезнетворных патогенных микроорганизмов к существующим антибиотикам возрастает, ставя под угрозу миллионы жизней и обходясь в миллиарды долларов. Новые исследования почвенных бактерий имеют тенденцию обнаруживать старые химические вещества. И немногие фармацевтические компании разрабатывают новые антибиотики.

Но тот же класс бактерий, который дал нам многие из наших антибиотиков, известный как Streptomyces, делает дом не только в почве, но и повсюду, в том числе на насекомых. Кэмерон Керри, профессор бактериологии Университета Висконсин-Мэдисон, показал, что некоторые из этих микробов, связанных с насекомыми, защищают их хозяев от инфекций, предполагая, что насекомые и их микробиомы могут стать новым богатым источником антибиотиков для использования в медицине человека. ,

Итак, с командой сотрудников, Керри собиралась проверить эту идею тысячи раз. В ходе тщательного поиска микробов из более чем 1400 насекомых, собранных в различных средах по всей Северной и Южной Америке, команда Керри обнаружила, что переносимые насекомыми микробы часто превосходят почвенные бактерии, останавливая некоторые из наиболее распространенных и опасных патогенных микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам.

В своей работе ученые обнаружили новый антибиотик от бразильского муравьеда, назвав его цифомицином. Цифомицин был эффективен в лабораторных тестах против грибков, устойчивых к большинству других антибиотиков, и боролся с грибковыми инфекциями, не вызывая токсических побочных эффектов на мышиной модели. Исследователи представили патент, основанный на цифомицине из-за его эффективности в этих ранних тестах, и создали команду, которая начала выполнять значительную дополнительную работу, необходимую для того, чтобы цифомицин мог быть превращен в новый препарат, используемый в клинике.

Исследование является самым крупным и самым тщательным для оценки микробов, связанных с насекомыми, на предмет активности антибиотиков на сегодняшний день.

Работа была опубликована 31 января в журнале Nature Communications . Исследование проводилось под руководством аспиранта лаборатории Currie Марка Шевретта с сотрудниками в Школе фармации UW-Madison, Школе медицины и общественного здравоохранения UW и нескольких других учреждениях в Северной и Южной Америке.

Streptomyces возникли около 380 миллионов лет назад и с тех пор разошлись по многим линиям, некоторые из которых чаще встречаются в почве или связаны с насекомыми. Эта эволюционная дистанция означает, что связанные с насекомыми микробы приспособились к своим собственным уникальным условиям окружающей среды.

«Из этого следует, что если вы посмотрите в другой эволюционный контекст, вы обнаружите новую химию», — говорит Шевретт.

Чтобы исследовать большую часть разнообразия насекомых, команда Currie собрала более 2500 видов для всех основных групп насекомых, включая мух, муравьев и пчел, мотыльков и бабочек, жуков и многих других. Около трети было собрано в тропических ландшафтах, а треть — в умеренном климате, а остальная часть — в арктических или других регионах.

«Мы могли бы собрать 400 насекомых за несколько дней», — говорит Керри, чье собственное задание по сбору доставило его на Гавайи зимой. Более половины этих насекомых питались правильными бактериями. Всего насекомые предоставили для тестирования более 10 000 микробов. Команда изолировала еще 7000 штаммов из почвенных или растительных источников.

Затем пришли эксперименты — их было много.

«Настоящая сила нашего исследования заключается в том, что мы делали это 50000 раз», — говорит Шевретт.

В этих 50000 исследованиях была проверена способность каждого микроба ингибировать рост 24 различных бактерий и грибков, многие из которых, такие как устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus, более известный как MRSA, представляют серьезную угрозу для здоровья человека.

Большая доля микробов, связанных с насекомыми, была способна ингибировать рост этих бактериальных или грибковых мишеней, чем микробы, выделенные из почвы или растений.

Вместе с профессором медицинской микробиологии Дэвидом Андесом из Школы медицины и общественного здравоохранения UW исследователи проверили несколько десятков перспективных штаммов микробов на их способность бороться с инфекциями у мышей. Экстракты этих микробов эффективно убивали как бактериальные, так и грибковые патогены, и лишь немногие продемонстрировали токсические побочные эффекты.

В качестве еще одного доказательства концепции, команда работала с профессором Фармацевтической школы Тимом Бани, чтобы очистить цифомицин и определить его химическую структуру. Цифомицин был способен лечить инфекцию у мышей Candida albicans, оппортунистического грибкового патогена, который часто заражает людей с ослабленным иммунитетом. Цифомицин также показал низкую токсичность у мышей.

Продемонстрировав эффективное антимикробное действие и низкую токсичность для мышей, исследователи преодолели первый барьер в разработке новых антибиотиков для клинического применения у людей. Но многие многообещающие лекарственные средства продолжают развиваться, поэтому важно определить несколько возможных антибиотиков на ранних стадиях.

Команда Керри не удивлена, что насекомые-микробы являются многообещающим источником новых антибиотиков. Например, насекомые могут помочь выбрать антибиотики, которые не токсичны для животных. И поскольку многие насекомые полагаются на микробные антибиотики для борьбы с постоянно развивающимися патогенными микроорганизмами в их собственной среде, они, вероятно, выбрали антибиотики, которые могут преодолеть общие механизмы резистентности.

« Насекомые ведут поиск для нас», — говорит Керри.