Проблема антимикробной резистентности становится одной из ключевых угроз глобального здравоохранения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), более 1,2 миллиона человек ежегодно умирают от инфекций, вызванных бактериями, устойчивыми к антибиотикам. Особую опасность представляет туберкулез, возбудителем которого является Mycobacterium tuberculosis. В 2022 году было зарегистрировано около 410 тысяч новых случаев туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью, при этом эффективность его лечения значительно ниже, а стоимость терапии — в разы выше, чем при обычных формах заболевания.
Традиционные методы диагностики устойчивых штаммов Mycobacterium tuberculosis требуют от двух до восьми недель, а также дорогостоящего оборудования, что делает их малодоступными в регионах с высокой заболеваемостью, таких как страны Африки и Юго-Восточной Азии. В поисках решения этой проблемы российские ученые из БФУ имени Иммануила Канта разработали принципиально новый подход, основанный на спектроскопии комбинационного рассеяния света.
Суть метода заключается в анализе молекулярного «отпечатка пальца» бактериальной клетки, который формируется за счет рассеяния света. Однако главная сложность заключалась в интерпретации полученных спектров, из-за чего технология до сих пор не применялась в клинической практике. Ученым удалось преодолеть это ограничение, разработав алгоритм квантово-химических расчетов, который позволяет точно определять ключевые спектральные маркеры, отличающие устойчивые штаммы от чувствительных к терапии.
В ходе исследования были проанализированы спектры рассеяния света устойчивых и восприимчивых к антибиотикам штаммов Mycobacterium tuberculosis, выделенных у пациентов с туберкулезом. Это позволило выявить различия в химическом составе их клеточных стенок, включая концентрацию миколовых кислот, фосфолипидов и других биомолекул. В результате ученые определили ряд специфических маркеров, по которым можно с точностью до 92% идентифицировать резистентные бактерии.
«Наша методика открывает путь к созданию нового поколения диагностических систем, которые смогут сократить время выявления туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью с нескольких недель до одного дня, — отметил Андрей Зюбин, старший научный сотрудник БФУ имени Иммануила Канта. — Это особенно важно для регионов с ограниченными ресурсами, где быстрая и точная диагностика может спасти тысячи жизней».
Разработанный подход не только ускоряет процесс диагностики, но и углубляет понимание молекулярных механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам. В отличие от традиционных методов, которые фиксируют лишь статистические различия, новая методика позволяет точно интерпретировать каждый спектральный маркер, связывая его с конкретными изменениями в структуре бактериальной клетки. Это открывает перспективы для создания более совершенных алгоритмов автоматической диагностики и персонализированного подбора терапии.
Ученые планируют продолжить исследования, применяя теоретические методы расчета колебательных спектров для других сложных биологических объектов, таких как белки, рецепторы и клеточные мембраны. Это может привести к новым прорывам в диагностике и лечении не только туберкулеза, но и других инфекционных заболеваний, вызываемых устойчивыми к антибиотикам патогенами.
Внедрение данной технологии в клиническую практику способно значительно улучшить ситуацию с борьбой против туберкулеза, особенно в странах с высокой распространенностью заболевания. Следующим шагом станет разработка компактных и доступных диагностических устройств на основе рамановской спектроскопии, которые можно будет использовать в условиях ограниченных ресурсов.
Таким образом, открытие российских ученых представляет собой значительный шаг вперед в борьбе с антимикробной резистентностью, предлагая не только быстрый, но и экономически эффективный метод диагностики, который может изменить подход к лечению туберкулеза во всем мире.
Ранее еще один быстрый способ выявления туберкулеза предложили американские ученые.