Ученые из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Центрального научно-исследовательского института туберкулеза выяснили, как бороться с покоящимися и не чувствительными к антибиотикам формами Mycobacterium tuberculosis, которые вызывают заболевание. Для этой цели хорошо подходит облучение бактерий желтым светом, имеющим длину волны 565 нанометров.
Как пояснили специалисты, дело в том, что покоящиеся клетки патогена синтезируют и накапливают большое количество порфиринов — азотсодержащих пигментов, наличие которых было доказано современными методами молекулярного анализа. Эти соединения высокочувствительны к свету и при его воздействии генерируют активные формы кислорода — частицы, способные повреждать белки и ДНК. Поэтому авторы предположили, что порфирины, которые накапливаются в клетках микобактерий, можно использовать в качестве молекулярного оружия против самих бактерий.
«Эксперименты доказали, что эффективность предложенного подхода достигает 99,99%, поэтому потенциально его можно будет использовать в клинической практике для уничтожения как неактивных очагов туберкулеза в легких человека, так и возбудителя заболевания с множественной лекарственной устойчивостью. Однако нам еще предстоит проверить этот метод на лабораторных животных», — рассказала «Известиям» руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, доктор биологических наук, заведующая лабораторией биохимии стрессов микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Маргарита Шлеева.
Бактерии Mycobacterium tuberculosis внутри клеток макрофагов. Белая стрелка указывает на микобактерию с красным свечением порфиринов. Источник: M. O. Shleeva et al. / Scientific Reports, 2024
Справка «Известий»: Туберкулез — инфекционное заболевание, вызываемое бактерией Mycobacterium tuberculosis, — очень плохо поддается лечению из-за того, что его возбудитель стал устойчивым ко многим современным антибиотикам. Россия занимает третье место в мире по количеству больных лекарственно-устойчивым туберкулезом. Более того, даже после успешного на первый взгляд лечения в легких человека могут остаться неактивные — так называемые спящие — формы микобактерий. По данным ВОЗ, Mycobacterium tuberculosis может в таком виде бессимптомно сохраняться у одной четверти пациентов в течение многих лет, вызывая латентную, то есть скрытую форму туберкулеза, которая в 5–10% случаев переходит в активную фазу болезни.
Как рассказали ученые, опасность латентного туберкулеза возросла в последние годы в связи с тем, что заражение COVID-19 нередко приводит к «пробуждению» микобактерий, которые в значительной доле случаев оказываются лекарственно-устойчивыми. Поэтому ученые ищут способы бороться с покоящимися и не чувствительными к антибиотикам формами патогена.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи в лабораторных условиях получили покоящиеся формы Mycobacterium tuberculosis и измерили количество порфиринов в их клетках. Оказалось, что уровень этих молекул в шесть раз превышал показатели, характерные для активных бактерий. Более того, ученым удалось искусственно повысить уровень порфиринов в клетках в 85 раз, добавив в среду, на которой росли микобактерии, 5-аминолевулиновую кислоту — вещество-предшественник порфиринов.
Затем авторы получили экстракты из клеток Mycobacterium tuberculosis и определили длины волн, при которых раствор поглощает максимальное количество света. Ученые выбрали значение 565 нанометров, соответствующее наиболее чувствительному к свету цинк-порфирину, — и облучили светом с такой длиной волны покоящиеся культуры микобактерий.
Авторы идеи: д.б.н. Шлеева М. О. и профессор Савицкий А. П. Источник: Маргарита Шлеева
В результате 30-минутного эксперимента 99,99% патогенов погибли, чего невозможно достичь применением любых антибиотиков, даже в случае активно растущих микобактерий. При этом такое же воздействие на активные формы бактерий не дало эффекта, поскольку они практически не накапливают порфирины.
Разработанный подход можно будет применять в клинической практике для лечения туберкулеза, доставляя свет нужной длины волны в очаги заболевания с помощью световодов, полагают авторы проекта. В частности, для этой цели можно будет использовать волоконно-оптический бронхоскоп — гибкую тонкую трубку, которая практически безболезненно для пациента позволяет врачу рассмотреть очаги заболевания в легких. В то же время интересным может оказаться подход, основанный на использовании гибких органических светоизлучающих диодов в качестве источников света, добавили разработчики.
Основные исполнители проекта. Источник: Маргарита Шлеева
Проведенные исследования свидетельствуют о бактерицидных и бактериостатических эффектах света различного волнового диапазона, объясняющих клинико-микробиологическую эффективность фототерапии: применение фотоакцепторов усиливает эффект. В стратегическом плане изучение потенциала света и оценка его влияния на микобактерии туберкулеза заслуживает внимания, подтвердила «Известиям» профессор кафедры микробиологии им. В. С. Киктенко медицинского института РУДН Оксана Гизингер.
«В успешном решении вопросов, связанных с эффективностью воздействия света, большая роль отводится рационально подобранным параметрам излучения. Длина волны воздействующего на патоген излучения может быть лимитирующим фактором, поскольку первичная фотореакция связана с акцепцией квантов света фоточувствительными молекулами (хромофорами) микобактерий туберкулеза», — сказала она.К сожалению, актуальность профилактики и лечения туберкулеза для России не снижается, ее обострила ситуации минувших лет — когда силы и средства системы здравоохранения направлялись приоритетно на борьбу с коронавирусной инфекцией, сказал заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
«Описанная технология перспективна, и ее внедрение для задач профилактики туберкулеза (бить желтым светом по возможным местам скопления бактерий) при наличии клинической и экономической целесообразности видится возможным уже в ближайшем будущем. А вот на то, чтоб подобная технология стала инструментов фтизиатра, в лучшем случае уйдут годы, ведь надо будет доказать безопасность и эффективность, предстоит разработать удобную для применения в клинических условиях конструкцию», — отметил эксперт.Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
