Российские ученые создали методику оперативного выявления устойчивых к антибиотикам бактерий
Ученые БФУ имени Иммануила Канта предложили подход к определению с помощью квантово-химических расчетов ключевых спектральных маркеров, отличающих устойчивые к антибиотикам штаммы возбудителя туберкулеза от чувствительных к терапии вариантов. Полученные теоретические данные позволили уточнить результаты экспериментальных исследований, что важно для разработки новых методов экспресс-диагностики опасных штаммов в клинической практике.
По данным Всемирной организации здравоохранения, более 1,2 миллиона человек во всем мире ежегодно умирает из-за инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам микроорганизмами. Особую опасность представляет возбудитель туберкулеза — бактерия Mycobacterium tuberculosis, обладающая множественной лекарственной устойчивостью. Так, в 2022 году было зарегистрировано около 410 тысяч новых случаев этого заболевания. При этом эффективность лечения туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью значительно ниже, а средняя стоимость терапии гораздо выше, чем в случае обычного туберкулеза.
Существующие методы диагностики устойчивых штаммов Mycobacterium tuberculosis длительны (2–8 недель) или требуют дорогостоящего оборудования, а потому не всегда доступны в регионах с высокой заболеваемостью. Принципиально новый подход —использование для выявления устойчивых к антибиотикам бактерий спектроскопии комбинационного рассеяния света. Такой метод позволяет всего за несколько часов получить молекулярного «отпечатка пальцев» бактериальных клеток. Однако проблема заключается в том, что эти «отпечатки» — спектры рассеяния света — очень сложно интерпретировать. Из-за этого спектроскопию комбинационного рассеяния света не используют в клинической практике.
Авторы создали методику оперативного выявления устойчивых к антибиотикам бактерий на основе анализа их клеточной стенки. С помощью рамановской спектроскопии они получили спектры рассеяния света устойчивых к антибиотикам и чувствительных штаммов Mycobacterium tuberculosis, выделенных у пациентов с туберкулезом. Эти спектры позволили проследить особенности химического состава клеточных стенок микроорганизмов, в частности обилие и типы миколовых кислот, фосфолипидов и других компонентов. Анализ показал, что в спектрах рассеяния есть ряд важных маркеров, по которым наиболее четко можно отличить устойчивые штаммы от чувствительных с точностью 92%.
«Полученные результаты открывают путь к созданию нового поколения диагностических систем, которые позволят сократить время диагностики туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью с нескольких недель до одного дня, что особенно критично для стран с высокой распространенностью этого заболевания, например, государств Африки и Юго-Восточной Азии. Мы планируем дальнейшие работы по применению теоретических методов расчета колебательных полос спектров для сложных объектов: белков, рецепторов, клеточных стенок. Такие методы очень полезны для подтверждения экспериментальных данных», — рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией математического моделирования оптических свойств наноматериалов, старший научный сотрудник НОЦ «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника» БФУ имени Иммануила Канта, кандидат физико-математических наук Андрей Зюбин.
По мнению ученых, разработанный подход позволяет перейти от простого наблюдения спектральных различий к их точному молекулярному объяснению. Понимание природы каждого маркера открывает возможность для создания более совершенных алгоритмов автоматической диагностики, где каждый сигнал будет не просто статистическим маркером, а конкретным указанием на определенные структурные изменения в бактериальной клетке.