В Україні розроблено антибактеріальний засіб нового покоління

Актуальною проблемою сучасної медицини є поява та швидке поширення резистентних до антибіотиків штамів мікроорганізмів — збудників різноманітних захворювань людини. Відомо, що існуючі антибіотики зазвичай впливають на ті макромолекули мікроорганізмів, які відносно легко піддаються мутаціям. Наприклад, заміна одного амінокислотного залишку іншим у молекулі бактеріального ферменту призводить до порушення зв’язування з антибіотиком та зниження ефективності антибактеріальної дії останнього. Це важливий механізм розвитку антибіотикорезистентності.

Широке застосування антибактеріальних засобів лімітується несприятливим впливом їх на сапрофітну флору людського організму, а також виникненням низки побічних реакцій, що пов’язано з неселективною дією антибіотиків на подібні молекулярні мішені збудників захворювання та «корисних» бактерій, а також з певним ступенем токсичності.

Теоретично найкращим антибактеріальним засобом міг бути такий препарат, мішенню дії якого були б консервативні ділянки макромолекул, що не змінюються під впливом мутацій мікроорганізмів; селективно впливав би лише на збудники захворювання, не зачіпаючи при цьому сапрофітну мікрофлору; не здійснював би токсичного впливу на людський організм.

Нещодавно українськими вченими з Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України під керівництвом заступника директора цього інституту, члена-кореспондента НАН України, доктора біологічних наук, професора Івана Скрипаля вперше у світі проведено фундаментальні дослідження, в ході яких розроблено нові підходи до створення нетоксичних антибактеріальних засобів на основі антисигнатурних олігодезоксирибонуклеотидів, які чинять селективну антибактеріальну дію і до яких не розвивається антибіотикорезистентність. Колектив авторів дослідження у 2001 р. удостоєний Державної премії України в галузі науки і техніки.

Про новий підхід до створення антибактеріальних засобів на основі антисигнатурних послідовностей рибосомальної рибонуклеїнової кислоти (РНК) розповідає керівник винаходу Іван Скрипаль.

ПРОБЛЕМИ ВИКОРИСТАННЯ АНТИБІОТИКІВ

— Відомо, що протягом 5–10 років антибіотики значною мірою втрачають свою клінічну ефективність через те, що мікроорганізм стає стійким до їх дії. Причиною є мінливість даного мікроорганізму. Несприятливі умови довкілля (радіоактивне, хімічне забруднення тощо) сприяють підвищенню мутагенних властивостей мікроорганізмів. Мішенню антибіотиків є відповідні амінокислотні залишки бактеріальних білків. Зв’язуючись з антибіотиком, ці білки перестають виконувати свої життєво важливі функції і мікроорганізм гине. Однак з часом відбувається мутація, внаслідок якої амінокислотний залишок, з яким взаємодіє антибіотик, замінюється іншим. При цьому білок втрачає спорідненість до даного антибіотика.

НОВЕ РІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ

Іван Скрипаль

Заступник директора Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, член-кореспондент НАН України, доктор біологічних наук, професор

Щоб розробити ефективний антибактеріальний засіб, потрібно 350 млн доларів США і триває цей процес протягом 10–15 років. Це надто дорого і не завжди ефективно. Подумалося про те, що ефективніше розробити такий лікарський засіб, який зможе «лягти» на відповідну структуру нуклеїнової кислоти, забезпечуючи повну блокаду її функції. Якщо розробити комплементарну послідовність до цієї мішені, подібну до «блискавки» на застібці, то біологічна функція нуклеїнової кислоти порушиться, що призведе до загибелі мікроорганізму. Такий підхід до створення антибактеріального засобу є високоспецифічним. Препарати такого типу можна розробити до геномної ДНК, інформаційної РНК тощо. На жаль, а можливо, на наше щастя, ніхто до нас не звернув увагу на рибосомальну РНК. Справа в тому, що геномну ДНК обслуговують різноманітні ферментні системи — одні реплікують її, інші — транскрибують тощо. Що стосується рибосомальної РНК, то вона не обслуговується подібними ферментними системами бактеріальної клітини, оскільки служить головним чином арматурою для складання рибосомальних одиниць-білків. Тим часом рибосомальна РНК також кодується геномом. Та ділянка гена отримала назву «рибосомальний оперон». У тому разі, коли починається синтез рибосомальної РНК, до неї підходять так звані серцевинні білки (S4), що їх виявляють у центрі рибосоми. Вони «сідають» першими. Після цього починає змінюватися конформація рибосомальної РНК. Далі надходять інші білки, які беруть участь у формуванні рибосоми. Сам по собі окремо взятий білок не проявляє біологічної активності, а в комплексі в межах рибосоми вони беруть участь у синтезі білка.

Рибосомальна РНК має спеціальний сайт упізнавання білка S4 та інших білків. Але якщо заблокувати місце «посадки» S4, то подальша збірка рибосоми не відбуватиметься. Таким чином, синтез бактеріальних білків повністю припиняється. Важливим є те, що рибосомальні РНК — найбільш консервативні біологічні молекули на нашій планеті, тобто ця мішень — найменш мінлива.

Наприклад, цефалоспорини вбивають будь-яку мікрофлору, в тому числі й нормофлору (резидентну, сапрофітну), без якої людський організм існувати неспроможний. Тому ми поставили перед собою завдання розробити специфічний антибактеріальний засіб, який би селективно знищував лише заздалегідь визначені мікроорганізми. Нами було доведено, що молекули рибосомальної РНК складаються з універсальних консервативних ділянок, характерних для різних видів бактерій, а також із так званих сигнатурних послідовностей, які також є консервативними, але в мікроорганізмах різних видів відрізняються одна від одної за послідовністю нуклеотидів. Сигнатурні ділянки містять по 7–14 нуклеотидних послідовностей. Термін «сигнатурні» («підписні») послідовності вказує на те, що вони настільки характерні для певного виду бактерії, як підпис — для певної особи. Образно кажучи, сигнатурна ділянка холерного вібріона є «підписом» на кшталт «Я є збудником холери». Працівниками нашої лабораторії здійснено синтез комплементарних послідовностей, що отримали назву антисигнатурних олігонуклеотидів. Виявилося, що ці антисигнатурні послідовності зв’язуються з тими ділянками рибосомальної РНК, які є відповідальними за взаємодію з білком S4 (посадка першого білка). Зокрема, нами були розроблені антисигнатурні послідовності до рибосомальної РНК мікоплазми. Вони застосовуються для лікування та профілактики інфікування культури тканин мікоплазмами.

ЧИ ГОТОВИЙ ВІТЧИЗНЯНИЙ ВИРОБНИК ВИПУСКАТИ АНТИБІОТИК НОВОГО ПОКОЛІННЯ?

На сьогодні постала проблема накопичення партій препарату на основі антисигнатурних олігонуклеотидів для проведення доклінічних та клінічних випробувань. Необхідно вказати на той факт, що синтез цього препарату дорого коштує. До того ж в Україні відсутні якісні синтезатори. Ціна сучасного синтезатора приблизно 150 тис. доларів США. Він дає змогу проводити синтез нуклеозидних препаратів у значних кількостях. По суті, на території колишнього СРСР таких синтезаторів поки що немає. Зазвичай використовують застарілі синтезатори Новосибірського виробництва (ми, до речі, також користувалися таким синтезатором). Однак для виробничого синтезу нуклеїнових кислот потрібне сучасне устаткування. На Заході синтез нуклеїнових кислот нині істотно подешевшав. Гадаю, що висока початкова вартість препарату не повинна зашкодити його впровадженню в клінічну практику, адже з часом, коли відбувається амортизація устаткування, ціна лікарського засобу значно знижується.

До речі, коли Флемінг створив пеніцилін, це був надто дорогий лікарський засіб. Уперше його застосовували під час лікування поліцейського, який хворів на фурункульоз тяжкої форми. На той час Чейн і Флорі вже отримали до певної міри очищену фракцію пеніциліну. Перші ін’єкції цього препарату виявилися ефективними — висип на тілі поступово зникав. Однак пеніцилін на той час був надзвичайно дорогим, тому лікарі виділяли його із сечі хворого, очищали хімічним способом і знову вводили цьому ж пацієнтові, що було значно дешевше, ніж уводити заново отриманий препарат. З кожним циклом «очистка — введення пеніциліну» кількість препарату в сечі поступово зменшувалася. На той час, коли хворий майже видужав, екскреція пеніциліну із сечею практично припинилася. Хвороба знову відновилася і пацієнт згодом помер. На щастя, з часом синтез пеніциліну був істотно здешевлений. Зараз — це один із найдешевших антибактеріальних препаратів. Стрептоміцин почали застосовувати у клінічній практиці після Другої світової війни. Тоді він також був надзвичайно дорогим, а тепер — це дешевий препарат.

На жаль, фармацевтичні виробники не прихильні до вітчизняних розробок лікарських засобів. В Україні, це неймовірно, відсутній метод ферментації. За 10 років наша держава повністю його втратила і фармацевтична промисловість перейшла на фасування фармакологічних субстанцій, що закуповуються за кордоном. Ті, хто ліквідував метод ферментації, стверджували, що він невигідний для фармацевтичного виробника. Але як тоді може бути вигідною закупка фармакологічних субстанцій, отриманих за допомогою методу ферментації? На мою думку, необхідно радикально вирішити питання, чому метод ферментації нерентабельний для вітчизняного виробника.

ПОДАЛЬШІ КРОКИ

Розроблення нашої лабораторії стосовно створення антисигнатурних послідовностей олігонуклеотидів не запатентоване. Я маю намір це зробити після того, як її буде впроваджено у виробництво, оскільки вирішив наслідувати пана Ваксмана, який довів стрептоміцин до виробництва, і препарат став надбанням усього людства. Вірю, що років через 20, якщо житиму, то також отримаю Нобелівську премію за свій винахід. Чому так довго треба чекати? А тому, що даний препарат має себе належним чином показати як принципово нове рішення сучасної науки. Теоретично цей препарат може синтезувати будь-хто. Тільки вітатиму, якщо хтось незалежно від нас синтезує препарат і випробує його. До речі, нещодавно одна компанія із Санкт-Петербурга запропонувала запатентувати мої розроблення на міжнародному рівні незважаючи на те, що вони вже опубліковані у науковій літературі. Однак доки препарат не буде запущено у промислове виробництво, дію патенту необхідно підтримувати за допомогою сплати відповідних грошових внесків, що непосильно для нашого інституту. На жаль, згадана компанія із Санкт-Петербурга не виділяє коштів на проведення доклінічних та клінічних випробувань.

Розроблена в нашій лабораторії принципово нова технологія отримання антибактеріальних препаратів на основі антисигнатурних олігонуклеотидів дає змогу створити антибіотики для лікування інфекцій, спричинених мікроорганізмами, що живуть всередині клітини, тканини та системи, а також тими, що поширюються гематогенним та лімфогенним шляхами. Ці препарати самі «відшукують» мішень, вони стійкі до хімічного впливу у біологічних середовищах організму. У клітинах людського організму не існує мішені, на яку діяли б препарати, створені на основі антисигнатурних олігонуклеотидів, оскільки ці клітини не містять відповідних сигнатурних послідовностей. Уже на цей час нами створено препарат, до складу якого входить антисигнатурна послідовність олігонуклеотидів. За його допомогою можна буде лікувати мікоплазмоз. Крім того, в недалекому майбутньому планується розробити препарати для лікування хламідіозів, рикетсіозів, сифілісу, туберкульозу та інших інфекційних захворювань.

Французькі дослідники зацікавилися нашими розробками щодо створення препарату для лікування інфекцій, спричинених Helicobacter pylori. Однак локалізується цей збудник не внутрішньоклітинно, а в певних відділах травної системи. Мені здається, що для ефективної ерадикації даного мікроорганізму потрібно чимало активної речовини, а це може коштувати надзвичайно велику суму.

Зараз препарат доведено до етапу доклінічних випробувань. Науково обгрунтоване використання його для лікування інфекцій, збудник яких локалізується внутрішньоклітинно. Результати попередніх досліджень на мишах, свідчать, що препарат нетоксичний, не чинить тератогенної та ембріотоксичної дії.

Віктор Маргітич
Фото Євгена Кривші

СИНТЕЗ БІЛКА В БАКТЕРІЯХ

Відомо, що білковий склад різних видів бактерій різний. Тому теоретично можливе створення лікарських засобів, які б чинили селективну дію на той чи інший вид мікроорганізмів, пригнічуючи білковий синтез. Необхідно зазначити, що бактеріальна клітина наділена складним механізмом білкового синтезу. Так, носієм генетичної інформації про білкову структуру мікроорганізмів є ДНК. Однак за безпосередньої участі ДНК синтез білка не відбувається. Щоб цей процес відбувся, необхідно з ДНК зняти точну копію у вигляді інформаційної РНК, яка потім транспортується до рибосом, де за її участю і синтезуються відповідні бактеріальні білки. Однак інформаційна РНК — не єдина різновидність РНК, що синтезується в  бактеріальній клітині. Тут ще утворюється так звана рибосомальна РНК, яка формує остов, або стрижень, рибосоми. Рибосомальна РНК має певні місця зв’язування для рибосомальних білків, завдяки яким відбувається «нанизування» відповідних білків на «шампур» рибосомальної РНК та формування складної надструктури рибосоми. Для здійснення синтезу білка необхідно, щоб інформаційна РНК пройшла через рибосомальний «конвеєр» (спеціальну структуру рибосоми, утвореної рибосомальною РНК та відповідними білками).

Ще на початку 70-х років ХХ ст. американські вчені започаткували вивчення можливості створення лікарських засобів, які впливають на  інформаційну РНК. Якщо блокувати процес трансляції («перетворення») інформації з інформаційної РНК на білок за допомогою фармакологічних засобів, гине бактеріальна клітина. Однак створення фармакологічних засобів для блокування інформаційної РНК виявилося неефективним. Справа в тому, що інформаційна РНК, як і ДНК мікроорганізмів, мінлива. Геном змінюється з часом, тому розроблений для певної структури геному або білка, що кодується нею, препарат втрачає фармакологічну активність. Іншими словами, втрачається мішень для препарату. Необхідно, щоб мішень була більш-менш консервативною (стабільною).

ВИСОКА ДЕРЖАВНА НАГОРОДА

Указом Президента України від 3 грудня 2001 р. № 1168/2001 «Про присудження Державних премій України в галузі науки і техніки 2001 р.» за цикл робіт «Теорія і практика створення антисигнатурних олігодезоксирибонуклеотидів як універсальних антимікробних засобів» Державною премією було відзначено авторський колектив у складі І.Г. Скрипаля (заступник директора Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, член-кореспондент НАН України, доктор біологічних наук, професор), Л.П. Панченко (кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України), Л.П. Малиновської (кандидат біологічних наук, науковий співробітник зазначеного інституту), О.В. Єгорова (кандидат біологічних наук, науковий співробітник зазначеного інституту), Д.М. Федоряка (кандидат біологічних наук, завідувач лабораторії Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України), І.Я. Дубея (кандидат хімічних наук, провідний науковий співробітник Інституту молекулярної біології і генетики НАН України), І.В. Алексєєвої (кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник Інституту молекулярної біології і генетики НАН України), А.С. Шаламая (кандидат хімічних наук, заступник генерального директора ЗАТ «Науково-виробничий центр «Борщагівський ХФЗ») та В.Л. Макітрука (начальник дільниці ЗАТ «Борщагівський ХФЗ»).

Цікава інформація для Вас:

Коментарі

Коментарі до цього матеріалу відсутні. Прокоментуйте першим

Добавить свой

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

*

Останні новини та статті