ОТВЕТ НАЙДЁТ МИКРОСКОП
Разрабатывается сверхбыстрый способ определения чувствительности бактерий к антибиотикам
Этим занимаются в ННГУ имени Лобачевского. Лабораторией, в которой рождается революционный скоростной способ, руководит доктор биологических наук, профессор Светлана Плескова. Нижегородские учёные уже сократили время анализа до часа. А было несколько суток. Такая скорость анализа достигнута впервые в России. «Зачем вообще нужен этот анализ? — спросит иной читатель. — Врач выпишет лекарство, я его куплю. Или спрошу совета у тетки, она у меня в аптеке работает». Давайте разберемся. Многие болезни возникают у нас изза бактерий. Бактерии — возбудители болезней. Для лечения врачи нередко прибегают к антибиотикам. Чтобы больной выздоровел, бактерии, уложившие его в постель, должны быть чувствительны, как говорят доктора, к прописанному антибиотику.
Бактерии тоже воюют
В чём суть чувствительности к антибиотикам? Оказывается, среди бактерий идут свои войны. Как и всё живое, они стремятся к выживанию. — Когда один микроорганизм стремится занять место другого, он выделяет антибиотик и убивает другой организм, — объясняет Светлана Плескова. Вот такие у них внутривидовые взаимоотношения. Человек ещё ничего не знал об антибиотиках, а бактерии с их помощью уже уничтожали друг друга. Но гибнуть никто не хочет. И бактерии, которые не могли сами вырабатывать антибиотик, тоже начали сопротивляться. Например, они стали выбрасывать из себя антибиотики с помощью своеобразных помп, насосов. А ещё научились разрушать их с помощью ферментов. Подобных механизмов у бактерий появилось много, и они приобретали так называемую резистентность, неуязвимость к определенным лекарствам. То есть убить их с помощью этих антибиотиков стало невозможно. — Когда человек открыл антибиотики и начал их использовать в клинической практике, этот процесс стал формироваться ещё быстрее. Поэтому сейчас очень многие бактерии приобрели резистентность к антибиотикам, — подчеркивает Светлана Плескова. — Из-за этой приобретённой резистентности лечить болезни стало сложнее. Но этого мало! Проблема осложняется ещё и тем, что бактерии, оказывается, умеют передавать друг другу информацию. Приобрела бактерия полезные свойства резистентности по отношению к антибиотику — она передает эту информацию соседней бактерии. Особенно быстро этот процесс развивается в больницах. Там микроорганизмы очень быстро приобретают мультирезистентность. — Это очень нехорошее явление, — говорит Светлана Николаевна. — Оно привело к тому, что многие антибиотики стало бессмысленно применять, поскольку они на бактерии уже не подействуют. Таким образом, бактерии в этой войне между человеком и бактериями начинают выигрывать.
Чашка Петри и несколько месяцев
Но почему так необходимы именно скоростные методы борьбы? — Борьба человека с бактериями — это всегда забег на скорость, — говорит Светлана Николаевна. — Опережают бактерии — мы заболеваем, быстрее мы выздоравливаем, и антибиотики нам в этом напрямую помогают. Поэтому очень важно вовремя определить, какой антибиотик подействует, будет эффективен против конкретной бактерии. Стандартная процедура, которую используют сейчас для определения чувствительности, появилась ещё в 40-х годах прошлого века. У больного берут мазок, в лаборатории выделяют чистую культуру бактерий-возбудителей (так-то у нас внутри целый коктейль из микроорганизмов). Помещают этих возбудителей в подготовленную лабораторную посуду (она называется чашка Петри) и туда же кладут маленькие бумажечки, диски, пропитанные растворами антибиотиков. Если бактерии вокруг диска не растут, значит, этот антибиотик можно использовать для лечения пациента. В лучшем случае, эта процедура занимает двое суток, говорят учёные. Но иногда, например, при туберкулёзе, тест занимает месяцы. А болезнь-то тем временем развивается. — Поэтому крайне важно разрабатывать методики, которые позволяли бы быстро определять чувствительность, или резистентность штамма к антибиотикам, — подводит итог Светлана Плескова.
Только у нас
Так что же придумали нижегородские учёные, опередившие в исследованиях своих коллег? Сверхбыстрый способ определения чувствительности к антибиотикам появился благодаря очень сложному, дорогому и весьма точному атомно-силовому микроскопу. В микроскопе есть специальный сенсор, называется кантилевер. Живые бактерии совершают очень аккуратные, маленькие движения, которые регистрируются кантилевером. Впервые эти движения зарегистрировал учёный Сандор Казас, он назвал их нанодвижениями и более того «подписью жизни». Остроумно, не правда ли? Любая движущаяся бактерия или ее клетка выдает эти нанодвижения. Вот только до изобретения атомносилового микроскопа их было невозможно зарегистрировать. — Эта идея положена в основу нашей разработки, — рассказывает суть нового метода Светлана Плескова. — Когда бактерия колеблет кантилевер, регистрируются нанодвижения, это говорит о том, что бактерия жива. Мы вносим антибиотик, если бактерия к нему чувствительна, антибиотик ее убивает. Нанодвижения прекращаются, и мы видим остановку этого сигнала. Если же движения продолжаются, это очень неблагоприятный признак. Он говорит о том, что у бактерии сформирована резистентность к антибиотику. Разработка заняла больше двух лет от первых экспериментов, когда мы просто пытались зафиксировать бактерию на кантилевере, до публикации первой статьи.
Познакомимся с командой
То, что в газете описывается несколькими десятками предложений, — на практике довольно длительный и очень сложный процесс, над которым работает целая команда, специалисты разных профилей. У каждого свое направление. Исследованиями нанодвижений бактерий на атомно-силовом микроскопе занимается Екатерина Лазаренко, она учится на втором курсе магистратуры. На некоторых культурах микроорганизмов ей удалось получить результаты по обнаружению антибиотико-резистентности в течение 15 минут. Светлана Николаевна охотно представляет каждого участника своей научной команды. Аспирант Николай Безруков работает с математическим аппаратом. Он обеспечивает анализ, стандартизацию и статистическую обработку всей получаемой информации. Кандидат физико-математических наук Руслан Крюков работает над созданием более простой и дешевой системы, которая позволит проводить анализ чувствительности и резистентности к антибиотикам у постели больного. В группе есть врач, аспирант Сергей Бобык, биолог кандидат биологических наук Екатерина Горшкова, физики: кандидат физико-математических наук Алексей Боряков и Сергей Зубков. К команде присоединились молодые исследователи, обучающиеся в бакалавриате: Кристина Павлова и Валентин Груздев. Исследования продолжаются и сейчас. До внедрения метода в лечебную практику нужно пройти очень большой путь. На этом пути необходимо доказать специфичность и чувствительность метода, подвести под него хорошую доказательную базу и осуществить ещё множество важных дел, чтобы метод не подвел ожидания, которые на него возлагают врачи. — Идеи по созданию переносной системы высказываются самые разные, — подводит итог Светлана Плескова. — Ищем разные подходы, чтобы сделать методику доступной каждому врачу.
Светлана КУКИНА.
Фото предоставлено ННГУ имени Лобачевского.