Бьет лучом: желтый свет обезвредит «спящие» очаги туберкулеза за полчаса
Российские ученые предложили уничтожать лекарственно-устойчивые и «спящие» формы микобактерий — возбудителей туберкулеза — с помощью желтого света. Неактивные патогены нечувствительны ко всем известным антибиотикам, а потому часто остаются в легких пациентов даже после лечения и вызывают рецидивы заболевания. Эксперименты продемонстрировали, что новый подход позволяет уничтожить 99,99% бактерий всего за 30 минут облучения светом с длиной волны 565 нанометров.
Сила света
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.
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.
Спящие микробы
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.
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.
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.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.
