Плесень, изменившая мир: британские ученые секвенировали геном первого пенициллинового грибка

Геном пенициллиновой плесени, случайно выращенной врачом и микробиологом Александром Флемингом в Лондоне в 1928 году, недавно впервые был секвенирован. Исследователи из Великобритании использовали замороженные образцы оригинального штамма, выделенные Александром Флемингом и сравнили их с их современными аналогами, используемыми в промышленности.

Они обнаружили, что первоначально британский штамм использовал совсем другой метод производства пенициллина, чем те штаммы, на основе которых в настоящее время производятся антибиотики в США. Полученные данные могут стать основой для новых способов улучшения широкомасштабного производства препарата, который применяется для лечения различных инфекций бактериального происхождения.

Александр Флеминг открыл первый известный науке антибиотик, когда плесень из рода Penicillium случайно начала расти в чашке Петри в его лаборатории в Медицинской школе больницы Святой Марии. Он заметил, что в посуде, которую оставили открытой возле открытого окна, бактерии стафилококка, которые он оставил культивировать, умерли там, где вырос гриб. При этом колонии стафилококков, растущие дальше от плесени, остались нетронутыми. Это наблюдение послужило поводом для дальнейшего исследования, за которое в итоге сэр Флеминг был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Хотя штамм плесени, выделенный Флемингом, называют «первоисточником» пенициллина, как оказалось, производство антибиотика в США быстро переключилось на использование несколько другого типа - того, источником которого послужили заплесневелые дыни. Более того, этот естественный гриб со временем претерпевал изменения, поскольку производители лекарств искусственно отбирали штаммы, которые дают более высокие объемы пенициллина, и поэтому оказались более прибыльными в использовании.

В своем исследовании ученые вырастили плесень из оригинального образца гриба сэра Флеминга, который хранился в замороженном виде в коллекциях культур Центра сельского хозяйства и компании Bioscience International. Они отметили, что изначально планировали просто провести ряд экспериментов, но потом выяснилось, что геном оригинального Penicillium за все это время ни разу не был секвентирован, несмотря на его огромное историческое значение.

Ученые обнаружили, что штамм Флеминга и промышленно используемые сейчас штаммы имеют один и тот же код регуляторного гена, но последние варианты грибка имеют больше копий таких генов, что позволяет выпускать большее количество препарата. Кроме того, исследователи обнаружили, что гены также достаточно существенно различались между штаммами, выделенными в Великобритании и США. Это, по их словам, показывает, что дикий Penicillium по-разному эволюционировал между двумя странами, что, соответственно, привело к немного разным версиям ферментов. Вполне вероятно, такие различия связаны в том числе и с тем, что они постепенно адаптировались для лучшей борьбы с местными популяциями бактерий, с которыми сталкивался каждый штамм.

Как отметили ученые, полученные ими результаты могут помочь найти новые решения для борьбы с устойчивостью к антибиотикам. В связи с тем, что промышленное производство пенициллина долгое время было сосредоточено на количестве производимого, то могли быть упущены некоторые решения для его оптимизации.