Новый штамм актинобактерий, производящих антибиотик, выделен из муравьев

Всемирная организация здравоохранения постоянно напоминает об угрозе, связанной с устойчивостью болезнетворных бактерий к антимикробным препаратам. Коллектив российских микробиологов решил искать новых продуцентов веществ с антибактериальным действием — в основном это актинобактерии — в необычных и малоизученных экологических нишах. В частности, такие микроорганизмы микроорганизмы могут быть симбионтами муравьев и обеспечивать им «первую линию защиты» от патогенов — для насекомых, живущих большими скоплениями, инфекции особенно опасны.

«Широко известен пример мутуализма между южноамериканскими муравьями-листорезами и обитающими на их покровах актинобактериями, которые продуцируют антибиотики, — говорит микробиолог Юлия Закалюкина, научный сотрудник факультета почвоведения МГУ. — Мы рискнули предложить, что взаимовыгодное взаимодействие между актинобактериями и муравьями не уникально, и для своего исследования выбрали черных муравьев-древоточцев, распространенных во многих регионах России, но еще не становившихся объектами подобного исследования».

Муравьи Camponotus vagus — одни из крупнейших по размеру представителей мирмекофауны России — играют важную роль в функционировании лесных экосистем. Они устраивают гнезда в отмерших деревьях и, прокладывая в них ходы, измельчают древесину, которую затем разлагают микроорганизмы. Однако обильное развитие микроорганизмов в гнездах муравьев — особенно в камерах, где содержится расплод — неминуемо привело бы к заражению и гибели семьи. Ученые решили проверить, не защищаются ли муравьи C. vagus от инфекции «бактериологическим оружием».

Из рабочих муравьев и древесного материала гнезда ученые приготовили суспензии, которые высеяли на питательные среды. Спустя две недели выросшие на чашках Петри колонии актинобактерий были выделены в чистые культуры. С помощью репортерной системы, которую разработали ведущие специалисты кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ, была исследована антагонистическая активность выделенных штаммов и установлен механизм ее действия. Самым эффективным оказался штамм Streptomyces sp. Pe6.

Чтобы определить, какое именно вещество вызывает отклик у тест-объекта, ученые выращивали Streptomyces sp. Pe6 в жидкой среде, а затем хроматографическими методами выделяли и очищали активную фракцию. Методами масс-спектрометрии и ядерно-магнитного резонанса специалисты из МГУ и Сколтеха идентифицировали действующее вещество как нибомицин. Этот антибиотик был впервые описан в 1955 году, а гипотетический механизм его действия предложен только в 2012-м. Было показано, что нибомицин подавляет рост фторхинолон-устойчивых штаммов золотистого стафилококка, не действуя при этом на бактерии дикого типа. Первоначально предполагалось, что нибомицин — специфический ингибитор устойчивой к фторхинолонам ДНК-гиразы. Однако ученые МГУ продемонстрировали, что нибомицин подавляет рост штаммов кишечной палочки, ДНК-гираза которых чувствительна к действию фторхинолонов. Это наблюдение ставит под сомнение предложенный ранее механизм действия антибиотика.

«По всей видимости, нибомицин обладает специфической активностью по отношению к различным топоизомеразам, а фторхинолон-устойчивая ДНК-гираза стафилококка похожа на ту топоизомеразу, для подавления которой был запланирован нибомицин, ведь в отличие от синтетических фторхинолонов, это природная молекула, — рассказывает Илья Остерман, старший научный сотрудник химического факультета МГУ и Сколковского института науки и технологий. — Мы обнаружили, что нибомицин подавляет рост раковых клеточных линий человека. То есть эукариотические топоизомеразы также могут быть мишенями нибомицина, а он сам — рассматриваться как противораковый агент».