Woda i gleba oraz zamieszkujące je mikroorganizmy to główne obszary poszukiwań nowych gatunków. Na celowniku są przede wszystkim produkowane przez nie metabolity o działaniu przeciwdrobnoustrojowym i potencjalnym zastosowaniu w walce z patogenami człowieka, a także biokontroli w infekcjach roślin. Około 80% obecnie stosowanych antybiotyków pochodzi z organizmów glebowych. Przykładowo, promieniowce stanowią pierwotne źródło takich związków jak streptomycyna, aktynomycyna, erytromycyna czy wankomycyna. W dobie narastającej oporności wobec znanych antybiotyków, najwyższy czas zasięgnąć z powrotem do źródła.

Analiza mikrobiologiczna różnych rodzajów gleby wykazała, że próby pochodzące z obszarów zamieszkałych (zurbanizowanych) różnią się pod względem ilości gatunków i produkowanych metabolitów od gleb z obszarów rekreacyjnych. Flora glebowa na obszarach zamieszkałych przez człowieka wykazuje większą aktywność metaboliczną ze względu na ciągłą ekspozycję na substancje i odpady pochodzące z gospodarstw domowych lub rolnych, takich jak kał, resztki żywności czy stosowane farmaceutyki (Woappi et al. 2013). W takim środowisku odsetek szczepów antybiotykoopornych jest 10-20-krotnie razy wyższy niż na obszarach rekreacyjnych lub przemysłowych. Zjawisko horyzontalnego transferu genów oporności pozwala na koegzystencję szczepów produkujących substancje aktywne i szczepów opornych. To dynamiczne środowisko stwarza sprzyjające warunki dla ewolucyjnego przystosowania szczepów aktywnych metabolicznie – w celu zachowania równowagi gatunkowej, presja selekcyjna wymusza syntezę coraz to nowych związków aktywnych i kontroli wzrostu szczepów opornych. Jest to zatem nieprzebrane źródło nowych potencjalnych antybiotyków.

Niestety, standardowe metody przesiewowe w poszukiwaniu substancji przeciwdrobnoustrojowych, które polegają głównie na oznaczaniu stref zahamowania wzrostu, ograniczone są koniecznością posiadania wyizolowanego szczepu produkującego daną substancję. Odsetek gatunków hodowalnych w warunkach laboratoryjnych szacuje się na 1%. Pozostałe 99% to populacja form żywych lecz niehodowalnych (ang. viable but not culturable, VBNC). Grupa badaczy kierowana przez profesora Kim’a Lewis’a z Northeastern University, Boston, MA (USA) znalazła jednak sposób na dotarcie do owej skrywanej części góry lodowej. Wykorzystali technologię iChip (NovoBiotic Pharmaceuticals), czyli specjalne naczynie hodowlane składające się z wielu dołków zawartych w prostokątnej płytce o długości 7 cm, oddzielonych od środowiska błoną półprzepuszczalną. Florę wyizolowaną z gleby rozcieńczono i rozporcjowano tak, aby w każdym dołku hodowlanym znalazła się jedna komórka bakteryjna. Następnie tak przygotowany iChip… zakopano na miesiąc tam, skąd pobrano próbkę – na porośniętym trawą polu w Maine, USA.

Ref. Ling et al. 2015

Bakterie, które udało się wyhodować przy zapewnionej w ten sposób dostępności naturalnych składników glebowych, poddano testom na obecność antybiotyków skutecznych wobec patogenów ludzkich. Tym sposobem zidentyfikowano teiksobaktynę – związek hamujący syntezę ściany komórkowej bakterii poprzez wiązanie do konserwowanych motywów lipidu II (prekursora peptydoglikanu) i lipidu III (prekursora kwasów tejchojowych). Strukturę teiksobaktyny i przewidziany klaster genów odpowiedzialnych za jej syntezę opublikowano w ubiegłych roku w Nature (Ling et al. 2015). Antybiotyk ten, ze względu na brak odnotowanego potencjału indukcji oporności u Staphylococcus aureus i Mycobacterium tuberculosis, jest obecnie jednym z głównych kandydatów do potencjalnego wykorzystania klinicznego.

Znajomość substancji aktywnych oraz sekwencji kodujących je genów umożliwia zastosowanie innych metod detekcji antybiotyków in situ – takich jak PCR w czasie rzeczywistym. Jest to metoda na tyle czuła, że umożliwia amplifikację i detekcję fragmentu danego genu w DNA izolowanym bezpośrednio ze środowiska, bez konieczności hodowli badanych mikroorganizmów. qPCR zastosowano m. in. w detekcji genu phlD odpowiedzialnego za syntezę DAPG – przeciwdrobnoustrojowego związku fenolowego produkowanego przez Pseudomonas fluorescens (Mavrodi et al. 2007).

Gatunki niehodowalne to wciąż nieodkryty obszar flory środowiskowej i niewyobrażalny rezerwuar metabolitów o działaniu przeciwdrobnoustrojowym. Na szczęście i ten świat zaczyna powoli stawać przed nami otworem.