Учёные МГУ выделили из чёрных муравьёв-древоточцев новый штамм актинобактерий

Межфакультетская коллаборация учёных МГУ при участии специалистов Сколковского института науки и технологий выделила из муравьёв новый штамм актинобактерий, вырабатывающий вещество с антибиотическим действием.

Штамм, выделенный из муравьев Camponotus vagus, принадлежит к роду Streptomyces и продуцирует антибиотик нибомицин. Дальнейшие исследования действующего вещества показали, что механизм действия нибомицина, вероятно, отличается от выдвинутого ранее, и исследователи предложили новый. Исходя из полученных данных, нибомицин может оказаться также противораковым агентом. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Biochimie.

Всемирная организация здравоохранения в одном из последних докладов сообщила об угрозе всё возрастающей устойчивости болезнетворных бактерий к антимикробным препаратам. По мнению ВОЗ, в мире разрабатывается недостаточно антибиотиков, чтобы противостоять этой угрозе. Для преодоления глобальной проблемы требуются как активно искать новые вещества, так и более пристально исследовать уже известные соединения.

Коллектив российских микробиологов решил искать микроорганизмы, которые могли бы производить антибиотики, в необычных и малоизученных экологических нишах. Исследователи предположили, что новых продуцентов веществ с антибактериальным действием — в основном, это актинобактерии — имеет смысл искать в симбиотических отношениях с насекомыми. По предположению учёных, муравьи, живущие в очень тесном контакте друг с другом, могут обладать «полезными симбионтами», обеспечивающими им «первую линию защиты» от патогенных микроорганизмов, и сосредоточили внимание на них.

«Широко известен пример мутуализма между южно-американскими 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 чёрных муравьёв-древоточцев, распространенных во многих регионах России, но еще не становившихся объектами подобного исследования».

Муравьи Camponotus vagus — одни из крупнейших по размеру представителей мирмекофауны России. Они играют важную роль в функционировании лесных экосистем. Эти муравьи устраивают свои гнёзда в отмерших деревьях.

Прокладывая в них ходы, они измельчают отмершую 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 обладают ли муравьи C. vagus своеобразным «бактериологическим оружием» благодаря наличию у них «защитных» симбионтов.

Для этого из рабочих муравьёв и древесного материала гнезда учёные 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, учёные 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. На примере грамположительных бактерий золотистого стафилококка было показано, что нибомицин подавляет рост фторхинолон-устойчивых стафилококков, не действуя при этом на бактерии дикого типа.

Было высказано предположение, что нибомицин представляет собой специфический ингибитор устойчивой к фторхинолонам ДНК-гиразы. Однако учёные МГУ продемонстрировали, что нибомицин подавляет рост штаммов кишечной палочки, обладающих ДНК-гиразой чувствительной 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».