Пробить брешь в броне бактерий. Омские учёные ищут пути обхода «иммунитета к лекарствам»

Патогенные бактерии, вызывающие серьёзные заболевания у сельскохозяйственных животных и птиц, научились игнорировать антибиотики. Такое приобретённое свойство называется антибиотикорезистентность. И это представляет серьёзную угрозу для отрасли — снижается эффективность борьбы с бактериальными инфекциями, растут затраты на лечение, возрастает риск гибели поголовья.

Как бороться с таким неполезным, с точки зрения человека, иммунитетом одноклеточных мы поговорили с Игорем Викторовичем Антоневским, кандидатом ветеринарных наук, ассистентом кафедры ветеринарной микробиологии, инфекционных и инвазионных болезней факультета ветеринарной медицины ИВМиБ Омского ГАУ. Вместе с коллегами он работает над этой проблемой в рамках грантового проекта Российского научного фонда. Изучает не только ареал, условия и динамику распространения штаммов опасных микроорганизмов, но и структуру защитного механизма генном уровне. Цель исследования — пробить брешь в броне устойчивости к лекарствам.

— Одной из основных причин возникновения такой устойчивости является широкое применение антибиотиков, под действием которых выживают только наиболее устойчивые бактерии. Со временем такие микроорганизмы распространяются и могут передавать гены устойчивости другим бактериям. Особую проблему представляет способность бактерий формировать биоплёнки – это устойчивые сообщества микроорганизмов, которые гораздо хуже поддаются воздействию антибиотиков и дезинфицирующих средств. Именно поэтому изучение механизмов антибиотикорезистентности и образования биоплёнок сегодня является одним из приоритетных направлений ветеринарной науки, — поясняет Игорь Викторович.

Он заинтересовался биологией и естественными науками ещё в школьные годы, когда учился в классе с химико-биологическим уклоном. Со временем понял, что хочет связать свою профессиональную деятельность с изучением живых организмов и решением практических задач, связанных с сохранением здоровья животных. И, вполне закономерно, после школы поступил на факультет ветеринарной медицины Омского государственного аграрного университета. Во время учёбы в вузе увлёкся микробиологией и инфекционными болезнями, поскольку, говорит, именно микроорганизмы во многом определяют здоровье животных, безопасность продукции и эффективность современного животноводства.

— Большую роль в выборе дальнейшего профессионального пути сыграла кафедра ветеринарной микробиологии, инфекционных и инвазионных болезней, где я, ещё будучи студентом, впервые познакомился с научно-исследовательской работой и получил возможность участвовать в выполнении научных проектов. Мне посчастливилось оказаться под научным руководством Валентины Ивановны Плешаковой, сначала в студенчестве, а затем и при работе над кандидатской диссертацией. Её увлечённость своим делом, высокий профессионализм и особое, трепетное внимание к подготовке молодых исследователей во многом повлияли на моё решение связать свою жизнь с научной деятельностью. Наукой я решил заниматься потому, что она даёт возможность не только использовать уже имеющиеся знания, но и получать новые. Меня всегда привлекала возможность искать ответы на вопросы, которые ещё не имеют однозначного решения. Кроме того, очень важно осознавать, что результаты исследований могут приносить практическую пользу ветеринарным специалистам и сельхозпроизводителям, — поясняет Игорь Антоневский.

По словам учёного, бактерии используют сразу несколько механизмов защиты от антибиотиков. Они могут изменять свою структуру, вырабатывать вещества, разрушающие лекарственные препараты, или обмениваться генами устойчивости между собой. Один из наиболее эффективных способов защиты, который они «выбрали» — формирование биоплёнок, организованных сообществ микроорганизмов, окружённых защитной оболочкой. Барьер из такой биоплёнки затрудняет проникновение антибиотиков к клеткам и помогает бактериям выживать даже в неблагоприятных условиях. Именно поэтому инфекции, связанные с биоплёнками, значительно сложнее поддаются лечению.

— Какой механизм лежит в основе формирования биоплёнок? У меня в этой связи складывается впечатление, что бактерии «разумны» — они объединяются, чтобы противостоять угрозе. А как на самом деле?

— На первый взгляд действительно может показаться, что бактерии действуют осознанно, объединяясь для защиты от неблагоприятных факторов окружающей их среды. Однако в основе этого механизма лежит результат длительной эволюции. Бактерии способны выделять и воспринимать специальные сигнальные молекулы, благодаря которым они и «понимают», сколько микроорганизмов находится рядом. Когда их численность достигает определённого уровня, активируются гены, отвечающие за прикрепление бактерий к поверхности и образование защитной оболочки-матрикса. Так, постепенно формируется биоплёнка. По сути, это наиболее выгодная стратегия выживания бактерий. Находясь в составе такого сообщества, микроорганизмы лучше защищены от антибиотиков, дезинфицирующих средств и других неблагоприятных воздействий окружающей среды, — говорит учёный.

Изучением биоплёнок микроорганизмов группа исследователей из ОмГАУ занимается уже несколько лет в рамках научной школы Валентины Ивановны Плешаковой – заслуженного ветеринарного врача Российской Федерации, доктора ветеринарных наук, профессора, одного из ведущих специалистов страны в области ветеринарной микробиологии и инфекционной патологии животных. Её научная школа многие годы занимается решением актуальных проблем ветеринарной науки и практики.

— Я работал над этой темой в период выполнения кандидатской диссертации. После успешной защиты эти исследования получили продолжение благодаря грантовой поддержке Российского научного фонда. Руководителем проекта является кандидат ветеринарных наук, доцент, заведующая кафедрой ветеринарной микробиологии, инфекционных и инвазионных болезней факультета ветеринарной медицины ИВМиБ Омского ГАУ Надежда Алексеевна Лещёва. Под её руководством удалось сформировать коллектив исследователей и обеспечить успешную реализацию проекта, объединяющего современные микробиологические и молекулярно-генетические методы исследования. Во время работы над проектом мы отобрали и исследованы сотни проб от сельскохозяйственных животных и объектов животноводческой инфраструктуры. В итоге сформировали коллекцию микроорганизмов и изучили их способность к образованию биоплёнок, устойчивость к антибиотикам, а также генетические механизмы, лежащие в основе этих процессов.

— А как результаты ваших исследований помогут сельхозпроизводителям? Какие болезни в результате можно будет победить?

— Прежде всего наши исследования помогают лучше понять, какие микроорганизмы способны формировать устойчивые биоплёнки, какими генетическими механизмами они для этого пользуются и почему становятся менее чувствительными к антибиотикам и дезинфицирующим средствам. Эти знания могут быть использованы для разработки более эффективных схем профилактики и лечения бактериальных инфекций, а также для совершенствования санитарных мероприятий на животноводческих предприятиях. В конечном итоге это позволит снизить риск распространения устойчивых микроорганизмов, уменьшить экономические потери хозяйств и повысить эффективность производства. Речь идёт прежде всего о заболеваниях бактериальной природы, включая инфекции желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, а также различные воспалительные процессы, возбудители которых способны образовывать биоплёнки.

— Каковы дальнейшие перспективы этого исследования: будут созданы новые антибиотики, новые подходы в профилактике заболеваний, новые диагностические методы?

— На данном этапе наша основная задача – более детально изучить генетические механизмы, которые позволяют бактериям формировать и сохранять устойчивость к антимикробным препаратам. Чем лучше мы понимаем эти процессы, тем эффективнее можем разрабатывать методы борьбы с ними. В перспективе результаты исследования могут стать основой для создания новых подходов к диагностике и прогнозированию распространения устойчивых микроорганизмов, а также для совершенствования мер профилактики и контроля бактериальных инфекций на животноводческих предприятиях. И, конечно, особый интерес представляет поиск веществ и технологий, способных препятствовать формированию или разрушать уже сформированные бактериальные сообщества. Такие решения могут повысить эффективность существующих антибиотиков и дезинфицирующих средств без необходимости создания принципиально новых препаратов.

— Чем вам помогает грант Российского научного фонда? Насколько это эффективный механизм в развитии отечественной науки?

— Грант Российского научного фонда (РНФ) позволил нам существенно расширить возможности и применять современные методы исследований в своей работе. Благодаря поддержке РНФ мы смогли проводить более масштабные исследования и получать новые данные о механизмах формирования бактериальных биоплёнок и антибиотикорезистентности. И, что особенно важно, это развитие научного сотрудничества с ведущими исследовательскими центрами страны. Сегодня в своей работе мы активно взаимодействуем с коллегами из Екатеринбурга и Новосибирска, что позволяет объединять компетенции специалистов различных научных направлений для получения более глубоких результатов исследований. Я считаю, что грантовая поддержка, осуществляемая Российским научным фондом, является одним из наиболее эффективных механизмов поддержки отечественной науки. Помимо финансирования исследований, такие гранты способствуют развитию научных коллективов, укреплению межрегионального сотрудничества и подготовке нового поколения исследователей. Именно в таком взаимодействии зачастую рождаются наиболее значимые научные результаты.

— Есть у вас «мечта учёного»? Какую научную задачу хотели бы решить?

— Как и многие исследователи, я понимаю, что каждая решённая научная задача порождает множество новых вопросов. Поэтому, наверное, мечта учёного – не столько найти окончательный ответ, сколько приблизиться к пониманию сложных процессов, которые происходят в природе. Если говорить о нашей области исследований, то мне было бы очень интересно раскрыть механизмы, которые позволяют бактериям формировать устойчивые сообщества и сохранять жизнеспособность в самых неблагоприятных условиях. Чем лучше мы будем понимать эти процессы, тем эффективнее сможем бороться с антибиотикорезистентностью и связанными с ней инфекциями. Если же говорить о практическом результате, то хотелось бы, чтобы наши исследования стали основой для создания новых подходов к профилактике и контролю бактериальных инфекций в животноводстве и действительно помогли специалистам в их повседневной работе.

— Спасибо, Игорь Викторович, успехов вам!

Беседовала Марина Неупокоева

Фотографии предоставлены героем публикации