Шаг, который может привести к новым инновациям в производстве антибиотиков - впервые секвенирован геном лиофилизированного образца оригинальной плесени сэра Александра Флеминга, который привел к его открытию пенициллина.
В один из самых удачных моментов в истории медицины, простой инцидент в 1928 году привел к открытию, которое спасло миллионы жизней, дало толчок развитию современной индустрии антибиотиков и помогло изменить курс медицины.
В августе 1928 года сэр Александр Флеминг отправился в отпуск в свой загородный дом в Саффолке, Великобритания. Перед тем как покинуть свою лабораторию в Медицинской школе больницы Святой Марии, ныне входящей в состав Имперского колледжа Лондона, он высадил несколько культур бактерий Золотистого стафилококка (staphylococcus aureus) в серии чашек Петри.
Вернувшись в сентябре, Флеминг обнаружил, что крышка одной чашки была открыта и что в питательном геле агара росла сине-зеленая плесень. Вместо того, чтобы просто выбросить зараженную культуру, он изучил ее более внимательно и обнаружил, что там, где росла плесень, золотистого стафилококка нет.
Лиофилизированный образец плесени Penicillium. Фото: CABI
Определив, что плесень принадлежит к роду Penicillium, Флеминг в конце концов обнаружил, что она вырабатывает антибиотическое соединение, которое он выделил и назвал пенициллином.
На этом все могло закончиться по ряду причин, не последней из которых было то, что пенициллин было очень трудно производить в любом количестве, и, хотя более поздние исследователи добились впечатляющих успехов, только во время Второй мировой войны пенициллин был усилен до статуса чудо-лекарства, когда был обнаружен штамм Penicillium из США, который рос на дынях и вырабатывал высокие уровни пенициллина.
При активной поддержке военного министерства США были разработаны новые методы производства этого препарата, и к 1944 году для вторжения союзников в Нормандию было доступно около 2,3 миллиона доз, а в 1945 году было произведено 646 миллиардов единиц. В результате количество смертей и ампутаций среди солдат сократилось на 15 процентов - факт, который очень помог военным усилиям и разгрому держав Оси.
С тех пор образцы оригинального Penicillium хранились в Имперском колледже Лондона, но когда группа ученых из колледжа, организации "Международный центр сельского хозяйства и биологических наук" и Оксфордского университета начала серию экспериментов с одним из этих образцов, они обнаружили, что геном исходной оригинальной плесени никогда не был секвенирован.
Penicillium плесень в культуре. Фото: CABI
Чтобы исправить эту оплошность, команда извлекла ДНК из лиофилизированного образца, изучила последовательность и сравнила ее с опубликованными геномами двух промышленных штаммов Penicillium из Америки. В частности, они изучили гены, которые кодируют ферменты, которые позволяют грибку производить пенициллин, и гены, которые регулируют ферменты в целом.
Они обнаружили, что, хотя у британских и американских штаммов был похожий генетический код, штаммы в США имели больше копий регуляторных генов для производства пенициллина. Однако ферменты, продуцирующие пенициллин, у этих двух штаммов были разными, что указывает на то, что их дикие предки эволюционировали естественным путем, чтобы производить разные ферменты.
По словам команды, это важно, потому что антибиотики, такие как пенициллин, становятся все более неэффективными, поскольку бактерии развивают устойчивость к ним. Поскольку штаммы в США и Великобритании развивались по-разному для борьбы с местными бактериями, изучение различий и того, как они возникли, может дать ключ к разгадке увеличения производства пенициллина.
Оригинальная плесень Penicillium в футляре для переноски. Фото: CABI
«Наши исследования могут помочь найти новые решения в борьбе с устойчивостью к антибиотикам», - говорит Аюш Патхак из факультета естественных наук Имперского колледжа. «Промышленное производство пенициллина было сконцентрировано на количестве производимого, и шаги, используемые для искусственного улучшения производства, привели к изменениям в количестве генов».
«Но возможно, что промышленные методы могли упустить некоторые решения для оптимизации дизайна пенициллина, и мы можем извлечь уроки из естественных реакций на эволюцию устойчивости к антибиотикам».
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Источник: Imperial College London
