Хотите найти новое лекарство, уникальный реагент для промышленности или сверхэффективное моющее средство? Ройте землю. В буквальном смысле.

Поиск новых видов микроорганизмов, которые могут обладать необычными полезными свойствами ведётся постоянно. Микробиологи, как представители университетов, так и работники фармацевтических компаний-гигантов путешествуют по всему миру, отбирая образцы грунта. Доходит до того, что увлечённые исследователи ухитряются привезти немного земли даже из отпуска, а родственники и друзья доставляют им такие «сувениры» из разных мест.

Биотехнологические компании каждую неделю исследуют тысячи микробных культур, полученных из проб почвы в поисках тех из них, которые обладают какими-либо полезными качествами.

Такое «копание в земле» уже неоднократно оправдывало себя:

  • Учёный, работавший на компанию Sandoz Pharmaceuticals привёз из отпуска, проведенного в Норвегии, образец плесени, показавшейся ему интересной. Впоследствии из неё было извлечено вещество, ставшее одним из главнейших средств, применяемых для предупреждения отторжения тканей при пересадке органов — циклоспорин А.
  • В кукурузном поле студент Висконсинского университете нашёл вид бактерий, белки которых ускоряют формирование льда. Теперь тысячи горнолыжных курортов применяют препараты, разработанные на основе бактериального белка, для получения искусственного снежного покрова.
  • В образце грунта, взятого в индонезийском храме микробиологи обнаружили штамм микроорганизмов, ферменты которых используются производителями прохладительных напитков для быстрого превращения крахмала в сахара.
  • На японском поле для гольфа отыскались бактерии, из которых было получено средство, позволившее эффективно лечить паразитические заболевания, убивавшие скот.

И это всего лишь несколько примеров из тысяч. Микробные культуры служат источниками пищевых добавок и витаминов, обеспечивают более дешёвые и эффективные способы производства сыров, отбеливания бумаги, обработки натуральных соков и окрашивания тканей. Кроме того, безопасные, биоразлагаемые вещества позволяют избежать загрязнения окружающей среды отходами химического производства.

Как найти лекарство

Но найти такие микроорганизмы совсем не просто. Например, для того, чтобы создать новое лекарство, требуется обработать тысячи и тысячи образцов почвы — фактически, это поиск иголки в стогу сена. В среднем, для того, чтобы получить пригодное для вывода на рынок лекарственное средство нужно проверить порядка 20 000 натуральных соединений. В результате исследовательские группы тратят по несколько лет для того, чтобы отыскать, испытать и довести до практического применения препарат.

На самом деле, люди тысячи лет искусственно выращивали микроорганизмы, не зная этого. Уже в глубокой древности они помогали изготавливать вино, пиво, сыр и хлеб. Но о их роли в этом стало известно только в 1837 году, когда французский (Луи Пастер) и немецкий (Юстус фон Либих) учёные независимо друг от друга показали, что процессы брожения обусловлены микроскопическими дрожжевыми грибами.

В начале 1900-х годов учёные начали рассматривать микробные культуры не только как источники этилового спирта и углекислого газа. Одним из первых веществ, которые начали массово производить с помощью плесневого гриба была лимонная кислота, большое количество которой используется в производстве напитков и для подкисления пищи. Вначале лимонную кислоту получали путём экстракции из цитрусовых — лимонов и лайма, а также из табака и махорки. Но в 1917 году химик компании Pflzer Джеймс Карри открыл более дешёвый способ получения лимонной кислоты из плесневых грибов.

Но и после этого учёные не увидели возможности использовать микроорганизмы как источник новых лекарственных средств. Первый ключ к тому, что лекарства можно получить из микробов появился в 1928 году, когда в лондонской лаборатории Александра Флеминга на чашках Петри выросла плесень, которая препятствовала росту стафилококков. Экстракт же, полученный из этой плесени, стафилококки убивал. Тем не менее, первый антибиотик — Пенициллин, полученный из обнаруженного Флемингом плесневого гриба Penicillium nigrum начал широко употребляться в медицинской практике только спустя 12 лет — в 1940 году.

С открытием пенициллина в медицине началась эра антибиотиков — активный поиск выделяемых микроорганизмами веществ, которые способны убивать болезнетворные бактерии. Эти поиски привели к введению в практику сотен новых антибиотиков, таких, как Тетрациклин и Стрептомицин. В последние десятилетия круг задач, решаемых с помощью антибиотиков значительно расширился и включает, например, заболевания сердца и проблему отторжения тканей при пересадке органов. Успех поиска новых лекарственных соединений зависит теперь не только от удачи, но и от глубокого понимания механизмов причин заболеваний на молекулярном уровне.

Хорошим примером может послужить холестеринснижающий препарат Мевакор (Mevacor). В 1970-х годах сотрудники компании Merck начали поиск природного соединения, которое могло бы снижать уровень холестерина в крови. Исследователи подошли к проблеме рационально — сначала они изучили пути синтеза холестерина в организме, а затем определили ключевые вещества, на синтез которых мог бы повлиять искомый препарат. Затем был разработан специальный тест для проверки химических соединений, который показывал, блокируется ли образование ключевого вещества. В начале 1980-х годов после тестирования тысяч соединений, у одного из них, обнаруженного в образце почвы из Испании, оказались нужные свойства. В 1987 году Мевакор вышел на рынок.

Другой молекулярный тест позволил найти нечто ценное в комочке земли с подножия горы Цукуба неподалёку от Токио. Учёные, работавшие на японскую фармацевтическую компанию Fujisawa получили задание на разработку лекарственного средства, угнетающего иммунную систему. Такие препараты (иммуносупрессоры) нужны пациентам после пересадки органов, чтобы организм не отторгал новые ткани. Учёные Fujisawa разработали тест, который позволял определить «молекулярное событие», вызывающее ответ иммунной системы человека и определить вещество, блокирующее эту реакцию. В середине 1980-х годов такое вещества было выделено из почвенных бактерий, выделенных из грунта с горы Цукуба, а в 1994 году иммунодепрессант Програф (Prograf) был одобрен для применения у пациентов с пересаженной печенью.

Хлеб, сок и стиральный порошок

Применение микроорганизмов в промышленности также ушло далеко от одних только спирта и лимонной кислоты. Несколько компаний выпускают промышленные объёмы бактериальных ферментов — эти белки нужны микробам, чтобы быстрее расщеплять органические соединения, обеспечивая себя пищей. Однако, они пригодились и людям. В качестве добавок к моющим средствам, эти ферменты расщепляют жир и белки, удаляя пятна. И более того, в порошках «Тайд» содержится фермент карезим, расщепляющий свободные волока и защищающий одежду от образования катышков при частой стирке.

В пищевой промышленности микробные ферменты увеличивают выход и качество соков, разрушая некоторые молекулы в мякоти тропических фруктов. А ферменты, расщепляющие крахмал, помогают поддерживать необходимую влажность хлеба, не позволяя ему быстро черстветь.

И хотя веществ и продуктов, полученных с помощью микроорганизмов очень много, каждому из них нужно пройти очень длинный путь — от получения образца до выхода на рынок нового препарата проходит в среднем 14 лет.

* * *

И пока перспективные соединения проходят этот путь — от пробирки в лаборатории до упаковки на полке в ближайшей аптеке, учёные продолжают изыскания. Кроме полей для гольфа и строительных котлованов они начали исследовать такие необычные места, как подводные вулканы, скважины глубокого бурения, пещеры и даже египетские мумии. Экзотические среды порождают микробов с необычными свойствами. Например, в горячих источниках Йеллоустоуна обитают бактерии, вырабатывающие ферменты, не разрушающиеся под действием высоких температур, что может пригодиться, например, в пищевой промышленности.

Множество сокровищ всё ещё скрывается в обычной земле детских площадок и цветочных клумб — поэтому многие из микробиологов, куда бы они ни шли, по прежнему берут с собой ложку и пачку полиэтиленовых пакетов.



Контагиозный моллюск

Контагиозный моллюск

Контагиозный моллюск (Molluscum contagiosum) вызывается фильтрующимся вирусом, инкубационный период заболевания составляет от 15 дней до нескольких месяцев. Чаще болеют дети, возможны вспышки заболевания в детских коллективах — заражению способствует контакт...

Суставная гимнастика

Суставная гимнастика

Суставная гимнастика — комплекс упражнений, направленный на нормализацию и восстановление функций позвоночника и суставов, основанный на упражнениях из пилатеса, йоги и стретчинга.

Уход за кожей

Уход за кожей

Для предупреждения заболеваний особое значение имеет регулярный и тщательный уход за кожей. Кожа лица поддерживается в чистоте ежедневным её мытьём с мылом, однако оно не всегда хорошо переносится. Даже обыкновенная...