До открытия пенициллина не существовало эффективного лечения инфекций, таких как гонорея, острая ревматическая лихорадка и пневмония. Врачи мало что могли сделать для своих пациентов, страдающих от заражения крови, вызванного инфекциями от пореза или царапины.
Только в 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин, работая в Медицинской школе больницы Святой Марии. Профессор бактериологии Флеминг случайно обнаружил, что плесень из рода Penicillium начала расти в чашке Петри с золотистым стафилококком, бактерией, вызывающей абсцессы, фурункулы и боль в горле.
Он был удивлен, увидев, что плесень подавляет рост бактерий, а позже выяснил, что она может убить широкий спектр патогенов. Так был открыт первый антибиотик.
Геном исходного штамма пенициллина секвенирован
Исследователи из Имперского колледжа Лондона, Международного центра сельского хозяйства и биологических наук (CABI) и Оксфордского университета секвенировали исходный штамм пенициллина, вырастив его из замороженной культуры, хранящейся в CABI.
Несмотря на историческое значение генома исходного штамма Penicillium, никому не удавалось успешно его секвенировать, рассказывает профессор Тимоти Барраклаф, ведущий автор исследования.
Промышленное производство пенициллина быстро перешло на использование грибка из заплесневелых дынь в Соединенных Штатах. Образцы были отобраны искусственно для штаммов, производящих наибольшие объемы пенициллина.
Исследователи сравнили два штамма пенициллина с исходным штаммом Флеминга. Они обнаружили несколько ключевых различий в геноме, кодирующем ферменты, производящие пенициллин, обнаруженные в разных грибках. Это означает, что Penicillium в Великобритании и США эволюционировал естественным путем и создает небольшое различие в этих ферментах, что потенциально может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Первый автор исследования Аюш Патхак с факультета медико-биологических наук в Имперском колледже Лондона отмечает, что исследование может вдохновить на создание новых методов борьбы с устойчивостью к антибиотикам. Поскольку промышленное производство сосредоточено на количестве произведенного, а также на искусственном процессе, используемом для улучшения производства, это привело к нескольким изменениям в генах.
Но также возможно, что промышленное производство могло упустить некоторые решения по оптимизации пенициллина, отмечает Патак. Соответственно, можно получить новые данные, основываясь на естественных реакциях эволюции к антибиотикорезистентности.
Как действует антибиотик?
Антибиотики действуют, разрушая определенные структуры в бактерии. Большинство антибиотиков работают с клеточной стенкой бактерий, связываясь с механизмом, разрушающим патоген изнутри.
Еще одна важная особенность бактерий, являющихся мишенями антибиотиков – это рибосома из ДНК. Бактериальные и небактериальные рибосомы работают по-разному. Поэтому первые реагируют на такие антибиотики как тетрациклин, эритромицин, стрептомицин и неомицин. Они ингибируют производство белка, что не позволяет бактерии функционировать.
Существуют и другие антибиотические механизмы, например, хинолоны блокируют механизм распутывания бактериальной ДНК, а сульфаниламиды блокируют производство фолиевой кислоты, необходимой для создания ДНК.