Бактерии, помогающие муравьям-грибоводам, могут стать источником новых лекарств
В Атлантическом лесу Бразилии муравьи-листорезы переносят свежую листву в свою колонию. Там частично переваренные листья питают «сад» из белого гриба, который муравьи культивируют, чтобы кормить своих личинок, матку и других муравьёв, никогда не покидающих гнездо.
Как и человеческие садоводы, муравьи-грибоводы должны защищать свой урожай от захватчиков. Паразитический гриб Escovopsis представляет постоянную угрозу. К счастью, у муравьёв есть союзник: бактерии Pseudonocardia.
За более чем 45 миллионов лет симбиоза с муравьями эти бактерии эволюционировали, чтобы производить специфические противогрибковые соединения, убивающие захватчика Escovopsis, но щадящие полезный гриб. Многие муравьи, в свою очередь, эволюционно обзавелись специальными карманами и железами в своих телах, чтобы размещать и кормить своих бактериальных партнёров.
Команда учёных из США и Бразилии надеется, что изучение соединений, производимых этими бактериями, приведёт к созданию новых лекарств для борьбы с инвазивными грибковыми инфекциями у людей, а также новых методов лечения рака и паразитарных заболеваний.
Идея уходит корнями в историю. Pseudonocardia принадлежит к группе актинобактерий, которая уже дала миру большинство антибиотиков, а также противогрибковые, противовирусные, антикоагулянтные препараты и многое другое. А гриб, с которым они борются за муравьёв, родственен грибам, вызывающим опасные для жизни человека заболевания.
На сегодняшний день никто не занимался целенаправленным поиском природных продуктов — соединений, создаваемых живыми организмами, которые могут служить лекарствами или стать их основой, — в экосистемах муравьёв-грибоводов.
Национальные институты здоровья США (NIH) и Исследовательский фонд штата Сан-Паулу (FAPESP) разделяют веру учёных в медицинский потенциал этих экосистем. 31 июля они выделили команде грант в размере $5 154 376 на пять лет.
В команду входят:
- Джон Кларди (Гарвардская медицинская школа) — со-руководитель проекта.
- Моника Пупо (Университет Сан-Паулу) — со-руководитель, медицинский химик.
- Кэмерон Карри (Университет Висконсина) — эволюционный биолог, открывший роль актинобактерий в помощи насекомым против патогенов.
- Дэвид Андес и Тимоти Бугни (Университет Висконсина) — эксперт по инфекционным болезням и микологии, медицинский химик.
- Джеймс Браднер (Институт рака Дана-Фарбер) — гематолог и химический биолог, занимающийся проблемой рака.
«Невероятная возможность»
В Южной и Центральной Америке обитает более 200 видов муравьёв-грибоводов. Каждая колония может содержать немного разные штаммы бактерий, производящие немного разные соединения для борьбы с немного разными грибковыми захватчиками.
Основное внимание команды будет сосредоточено на открытии противогрибковых агентов. Мир отчаянно нуждается в новых противогрибковых лекарствах: инвазивные грибковые инфекции (распространяющиеся внутри тела) растут, появляются новые штаммы, а инфекции всё чаще устойчивы к существующим препаратам.
«Во всём мире от инвазивных грибковых заболеваний умирает больше людей, чем от малярии или туберкулёза», — сказал Кларди.
Изучение экосистем, напоминающих конкретную клиническую потребность (а не случайный сбор образцов), должно ускорить поиск соединений для лечения целевого состояния.
Помимо противогрибковых средств, команда будет искать природные продукты, которые могут стать:
- Противраковыми препаратами (многие химиотерапевтические средства действуют аналогично противогрибковым, убивая быстрорастущие клетки).
- Антипаразитарными средствами для лечения болезни Шагаса и лейшманиоза (оба признаны ВОЗ забытыми тропическими болезнями). Болезнь Шагаса — особая проблема в Бразилии, где ею инфицированы 4 миллиона человек.
Лекарства природы
Исследователи будут ежегодно собирать образцы из колоний насекомых в самых биоразнообразных районах Бразилии, начиная с наиболее угрожаемых: Атлантического леса и саванны Серрадо.
Они будут культивировать найденные бактерии и проверять около 500 штаммов в год на наличие соединений с желаемой активностью. Метаболомные тесты и секвенирование генома покажут, какие соединения бактерии производят и способны производить.
Все выделенные природные продукты будут добавлены в библиотеку для использования другими учёными. Команда также планирует собирать грибоборющие бактерии, ассоциированные с другими социальными насекомями региона (термиты, осы, безжальные пчёлы).
Недавнее сотрудничество Пупо, Кларди и Карри дало многообещающие результаты: из менее чем 200 видов актинобактерий, связанных с насекомыми, они обнаружили 20 ранее неизвестных природных продуктов.
Красота природных продуктов, по словам Кларди, в том, что они имеют эволюционную историю успеха — это «клинические испытания» природы.
«Эти соединения прошли через циклы модификации, отбора и расширения для выполнения конкретной биологической функции. Я думаю, есть веские доказательства, что там ещё много неоткрытого», — сказал он.
Помимо поиска новых лекарств, важной целью проекта является обучение бразильских студентов и молодых учёных междисциплинарному открытию природных продуктов и расширение исследовательского потенциала страны.