Еще лет двадцать назад лука или арбалета для индивидуального использования не существовало в природе. Некоторые чудаки и фанатики исторических реконструкций брались за их изготовление на собственный страх и риск, совершенно не представляя, что получат в итоге. И все потому, что длившийся несколько десятков тысяч лет процесс накопления опыта и оттачивания мастерства в изготовлении и пользовании метательным оружием в наше время был однажды прерван и предан анафеме.
Сейчас все эти раритетные знания достали из пыльных сундуков, научились делать луки и арбалеты с использованием современных технологий, а армия последователей Вильгельма Телля и Робин Гуда растет со скоростью геометрической прогрессии. И сегодня мы подготовили для вас чертежи и схемы, которые расскажут, как сделать арбалет в домашних условиях.
Несмотря на обилие интернет-магазинов, торгующих метательным оружием, а также фантастического по широте ассортимента продукции, есть немало желающих сделать арбалет самостоятельно. Большинство из них не знают с чего начать. Сегодня мы расскажем вам про основные конструктивные особенности арбалета. Эти знания помогут вам избежать ошибок при изготовлении, а также разочарований и травм при его использовании.
Перед началом работ стоит знать два основных момента.
- В нашей стране арбалет – это развлекательное и спортивное оружие . Охота с ним запрещена. Любое метательное оружие с усилием натяжения более 43 килограмм считается боевым, право на пользование которым дают разрешительные органы МВД.
- Арбалет – это конструкция, испытывающая колоссальные нагрузки при эксплуатации . Поэтому всякая небрежность при его изготовлении, скорее всего, приведет к травме. Любая его деталь должна иметь многократный запас прочности.
Итак, давайте узнаем, как сделать простой арбалет в домашних условиях.
Видео ниже расскажет, как сделать арбалет в домашних условиях:
Лук
Источником энергии арбалета является лук – упругая пластина сложной формы, имеющая один основной изгиб и, как опцию, два дополнительных на концах. Начинать изготовление арбалета надо именно с этой детали и подгонять под нее все остальное – выбор типа натяжения (рекурсивный или блочный), размер ложи, тип спускового механизма.
Дерево и композит
Остро стоит вопрос о том, что использовать в качестве материала для лука: дерево, композит или металл?
- Дерево – самый неверный выбор. Доступные «деревяшки», валяющиеся под ногами, – это мусор, годящийся только на растопку печей. Ветви, вырубленные в лесу, по мере высыхания теряют упругость, трескаются и разваливаются. Из этого материала можно сделать лишь что-то для кратковременного развлечения на даче. Из моделей, продающихся в магазинах, и имеющие в своем составе дерево, очень популярен , а также и .
- Композит , созданный из стекловолокна и эпоксидного связующего, – это очень заманчиво и внешне просто. Но есть препятствие – необходимость скрупулезно точного соблюдения технологии всех работ. Пропорций смеси, сушки, выдержки. В домашних условиях это почти невозможно.
Металл
Остается один безальтернативный вариант – металл. Если у вас есть под рукой старый «Москвич» с набором листовых рессор, то считайте, что вам повезло. Из всего пакета берется один лист – второй. Если вас не слишком пугают габариты, то и первый подойдет. Тем более, что у него есть на концах трубки – почти готовый кронштейн для крепления блоков или тетивы.
Для крепления лука к ложе используется колодка. Это П-образная конструкция, обхватывающая ложу спереди. Ее можно приварить к листу рессоры наглухо, но в этом случае при изгибе лука сварные швы будут испытывать чрезмерное напряжение на отрыв. Поэтому лучше на колодке закрепить шаровую опору от ВАЗ 2108. На ее штырь и крепится лук. Это удобно еще и потому, что на листе рессоры есть отверстие.
Если вы очень сильный, то можно остановиться на рекурсивном способе натяжения тетивы (как в , и др.) . Но лучше выбрать блочный (как в моделях , и др.). Для крепления блоков на луке, если вы выбрали второй рессорный лист, надо закрепить кронштейны на его концах. Болтовое (а еще лучше заклепочное) соединение предпочтительнее сварки, поскольку этот узел испытывает сильные вибрационные нагрузки. В качестве шкивов используйте детали механизма подъема стекол того же «Москвича».
Относительно тетивы напрашивается очевидное решение: тонкий металлический тросик. Но оно не вполне верное, поскольку стальные тросы плохо выдерживают переменные нагрузки. Лучше выберите альпинистский репшнур диаметром 5-8 мм.
Сделав лук и закрепив на нем тетиву, вы можете провести натурные испытания на изгиб. Отлично, если при этом у вас будет динамометр килограммов так на 100-150. В результате вы узнаете два параметра, необходимые для дальнейших работ: длину хода тетивы и нагрузку.
О том, как сделать ложу на мощный арбалет в домашних условиях, читайте ниже.
Ложа
Для этой детали самодельного арбалета дерево – безальтернативный вариант. Но не всякое. В любом случае не осина, ольха, ель или сосна. Лучше бук, вяз, дуб. Заготовка, высушенная в течение лет двадцати. Понятно, что такого вам нигде и никогда не найти. Поэтому используйте влагостойкую фанеру толщиной в 7-9 мм. Из нее вырезают 3 или 5 контуров ложи, а потом склеивают этот пакет эпоксидной смолой. Не очень красиво, но чрезвычайно надежно.
- Относительно формы – откажитесь от полупистолетной, используйте прямую английскую ложу. Она не только проще в изготовлении, но и прочнее.
- При сборке пакета ложи надо учесть и ход тетивы, и нагрузку. Первое определяет расстояние от колодки до паза для спускового механизма. Второе – толщину стенок ложи в месте его крепления. Именно прямая английская ложа позволит вам избежать излишнего утончения при переходе от цевья к прикладу.
- Важнейшая деталь ложи арбалета – направляющая стрелы. Она должна быть гладкой и прочной. Для нее можно использовать пластины, обрамляющие боковые стекла «Москвича», мебельную фурнитуру, другие похожие по форме детали.
- Если вы используете блочный тип натяжения тетивы, то в цевье под направляющей должен быть паз для тросовой системы. Это еще один элемент, ослабляющий ложу, поэтому откажитесь от мысли сделать цевье изящным. Высокое защитит ваши пальцы от попадания под тетиву и травматической ампутации фаланг.
Обычно арбалеты имеют ложу из пластика, как например, модели , и другие.
О том, как сделать самодельный спусковой механизм для арбалета в домашних условиях, расскажем ниже.
О том, как сделать арбалет из дерева (фанеры) своими руками, расскажет это видео:
Спусковой механизм
Если вы не слесарь шестого разряда, то откажитесь от мысли сделать этот элемент самостоятельно. Приложите усилие и найдите УСМ от любой пружинно-поршневой пневматической винтовки. В самом сложном случае вам придется лишь доработать его зуб, удерживающий поршень – он может быть маловат для толстой тетивы.
Над спусковым механизмом устраивается кожух высотой от 2 до 5 см, необходимый для того, чтобы защитить его от влаги и грязи, а также являющийся основанием для прицельных приспособлений – планок под оптику или целика. Планки Вивера, Пикатинни или ласточкин хвост можно купить в любом интернет-магазине, торгующем пневматикой.
Передняя часть кожуха над спусковым механизмом выполняется в виде длинного (не более 10 см) упругого «хвостика», которым задняя часть стрелы удерживается на направляющей.
Изготовление стрел
Канонически правильно боеприпасы для арбалета называются «болт». Но многие интернет-магазины торгуют арбалетными стрелами. Для арбалетов, имеющих винтовочную ложу, подходят длиной 14, 16, 20, 22 дюйма. Если быть абсолютно откровенным, то лучше магазинных вам стрел не найти. К сожалению, дешевле 150 рублей ни одна из них не стоит. Поэтому стоит попытаться изготовить их самому.
Сделать их можно из дерева, прямослойного, без сучков. Как вариант – использовать детали мебели – балясины от стульев, перил детских кроваток. Хорошие стрелы получаются из алюминиевых трубок диаметром до 2 см. При желании можно использовать даже электроды максимального диаметра, но они безнадежно гнутся при попаданиях и к ним сложно прикрутить оперение.
Для оперения используется тонкий пластик. Натуральные птичьи перья могут дать неожиданный эффект хаотичного изменения направления полета, поскольку имеют природные изгибы, которые надо уметь учитывать.
Главное условие для хорошего, ровного полета – балансировка. Центр тяжести у арбалетного болта должен находиться после первой трети длины от наконечника. Если он не металлический, то конец стрелы можно загрузить свинцовой проволокой, обмотанной вокруг древка.
К вопросу оснащения стрелы наконечником надо относиться без фанатизма. Точить металл на токарных станках, фрезеровать и полировать, придавая изысканные формы, – эти операция доступны немногим. Кроме того, такой наконечник чрезвычайно опасен. Если вам не требуется пробивать рыцарские доспехи, то деревянный болт можно просто заточить под углом 30 градусов, используя обычный нож.
О том, как самому сделать арбалет, который стреляет, своими руками из бумаги, карандашей и других материалов, расскажем далее.
Прикольные стрелялки
Стрелялку зубочистками или спичками можно сделать из деревянной прищепки. Для этого разберите ее и переделайте:
- узкий паз для пружины одной половины расширьте до 1 см, на второй сделайте такой же, но с отступом на 1 см;
- на передних концах обеих половинок, со стороны узких пазов для пружины, сделайте продольную проточку глубиной 1-2 мм;
- соберите половинки прищепки «наизнанку», скрутив их ниткой;
- установите пружину прищепки лапками в прорезанные пазы, а спиралью наружу;
- установите зубочистку в отверстие между половинками;
- нажмите на спираль пружины, сместив ее в полукруглый вырез;
Лапка пружины скользнет по длинной прорези, щелкнет по зубочистке и заставит ее вылететь.
О том, как сделать мини-арбалет из карандашей своими руками в домашних условиях, смотрите в видео ниже.
Ну, что же, поиски на просторах интернета дали свои результаты. Я наконец-то нашел нормальные чертежи с соблюдением ГОСТ.
При наличии доступного материала и кое-какого оборудования, несложно будет изготовить настоящий (или почти настоящий) .
В конце страницы размещена фотография самодельного арбалета , изготовленного по этим чертежам из подручных материалов.
Естественно покупного арбалета он не заменит, (все-таки качество сборки и структура материала в заводском исполнении не в пример выше) но пострелять по
Итак, перед вами общая схема самодельного арбалета.
Из чего состоит данный вид арбалета:
Ложе, плечи, приклад, спусковой механизм, прицельное приспособление, система блоков.
Ложе лучше всего изготавливать из натурального дерева твердых пород, цельного либо клееного бруса. Размер подбирайте по своему усмотрению, но
Плечи и колоды у арбалета
Если есть ложе от стрелкового оружия, то это было бы идеальным решением, но можно попробовать выстрогать «Буратино» и самому.
Блочная конструкция арбалета облегчает взвод тетивы, но отлично сохраняет мощность и позволяет носить его во взведенном состоянии длительное время.
Обработка направляющей стрелы должна быть выполнена особенно четко. Линии обязательно должны быть гладкие и прямые. От этого зависит точность и
дальность полета стрелы. Лучше всего делать это на фрезерном станке, а потом тщательно обработать наждачной бумагой. Потом выполнить полировку паза.
Крестовину с плечами, установленную с торца ложа лучше изготовить из алюминиевой пластины, но можно и сделать деревянную
Не забудьте сделать прицельное приспособление, состоящее из целика и мушки. Можно сделать крепление для оптического прицела.
где можно заказать выполнение любых чертежей.
Остается взять инструмент в руки, зарядиться хорошим настроением и приняться за выполнение поставленной цели. Удачи!
P.S.
Статья является рерайтом. Администратор не несет ответственности за достоверность информации. Все, что вы делаете, вы делаете на собственный страх и риск.
Арбалет — одно из изобретений, изменивших историю. До его изобретения лучнику требовалось тренироваться в течение многих лет, прежде чем он становился эффективным воином. С арбалетом даже средний крестьянин мог быть солдатом. Кроме того, благодаря использованию механизма взведения, перекрестная сила больше не является ограничивающим фактором.
Вот моя инструкция как сделать арбалет из дерева с фото и чертежами.
Будьте аккуратны, потому что арбалет может убить или поранить вас, вашу собаку и т.д.
Шаг 1: Арбалетная дуга
Все, что вам нужно — это определиться с размерами.
Общая длина составляет 125 см с шириной 6,5 см в центре, сужающейся до 1,25 см по краям. Толщина составляет 1,1 см.
Крепеж для тетивы я сделал из штифтов из твердой древесины.
Также я покрыл дугу джинсовой тканью. Я просто положил кусок джинсы и пропитал клеем, раскатав скалкой.
Шаг 2: Ложа арбалета
Ложа была смоделирована в ProE. По сути, это два прямоугольника — один 7,5 х 50 см 14 х 37 см, другой 14 х 37 см.
Возьмите размеры с картинки и вырежьте две части из фанеры 2 см (я взял фанеру, потому что она была под рукой).
Как только две части готовы, они соединяются друг с другом винтами для дерева, потому что их нужно будет несколько раз разобрать.
Сейчас будет полезно использовать рубанок, чтобы выровнять верхние края двух частей. Если у вас нет рубанка (у меня не было), прикрутите ложу к доске и выровняйте края пилой. Верхние края обязательно должны быть плоскими и ровными.
Шаг 3: Спусковой механизм
- Разберите ложу на две части.
- Работайте на внутренней стороне одной из частей.
- Отмерьте 50 см от длинной части, а затем спуститесь вниз на 5 мм. Это будет центром круга. Используя циркуль, нарисуйте круг диаметром 4 см.
Проведите линию от нижней части круга длиной 6 мм, затем опустите эту линию вниз до конца ложи. Сделайте ортогональную линию от конца линии внутри круга до конца ложи.
Внутри этой области будет ваш спусковой крючок. Вы можете увидеть на рисунке, где я набросал линии, чтобы обозначить отверстие.
Отверстие — это точка поворота для крючка.
Шаг 4: Продолжение спускового механизма
Здесь я использовал фрезерный станок по дереву чтобы прорезать дерево вглубь на 6 мм. Впоследствии я положил лист бумаги на вырез и сделал контур, чтобы перенести этот вырез на вторую часть ложи. В этот момент важно просверлить отверстие в центре круга, так как ваши отметки будут внутри после сборки.
Шаг 5: Сборка ложи арбалета
Склейте и привинтите две части ложи вместе, постарайтесь не залить клеем спусковой механизм. К верху ложи прикрепите 0,5 см кусок твердого дерева, я использовал клён. После того, как клей высохнет, используйте кольцевую пилу чтобы сделать отверстие 4 см там, где будет спусковой механизм.
Затем используйте шлифовальную машинку или наждачную бумагу, чтобы убрать заусенцы.
Шаг 6: Гайка
Гайка будет удерживать тетиву, когда арбалет взведен. Она должна быть прочной и крепкой. Я сделал гайку из фанеры красного дуба и склеил слои эпоксидным клеем. Честно говоря, пять слоев недостаточно, и здесь можно постараться лучше.
Во всяком случае, как только ложа арбалета высохла, нужно вставить гайку в отверстие.
Ширина гайки должна быть такой же, как и ширина ложи.
Нижняя половина гайки отрезается, чтобы сделать спусковой крючок. Верхняя половина отрезается наполовину, чтобы сделать засечки, которые будут держать тетиву. Также делается дополнительный надрез, чтобы стрела могла соприкасаться с тетивой.
Гайка будет удерживаться в ложе при помощи блоков с обеих сторон.
Шаг 7: Спусковой крючок
Вам нужно взять лист бумаги, на котором вы отмечали вырез на ложе. Это поможет определить место, где будет сидеть спусковой крючок.
Верхний край спускового крючка должен быть прямым. Просто сделайте крючок достаточно прочным и достаточно маленьким, чтобы выдерживать вес арбалета и заставлять гайку вращаться.
Я использовал кусок лиственной фанеры. Это плохой выбор, так как она крошится. Чтобы исправить это, я укрепил деталь ковровым гвоздем.
После того, как вы сделали спусковой крючок так же, как на фотографии, завершите сверление поворотного отверстия и убедитесь, что крючок может вращаться.
Шаг 8: Присоединение арбалетной дуги
Чтобы упростить присоединение, я использую болт, который проходит сквозь дугу в ложу и закрепляю гайкой, спрятанной в крестовине.
Шаг 9: Тетива
Я сделал тетиву из пеньки из 16 нитей длиной 122 см. Это не очень хорошая тетива, но для первого раза пойдет.
Шаг 10: Заключение
Деревянный арбалет, сделанный своими руками готов, что осталось сделать?
- Так как это фанера, я, вероятно, покрашу арбалет.
- Нет никаких механизмов безопасности.
- Мушка, чтобы стрелять прямо.
- Сделайте держатель для стрелы, если вы наклоните арбалет, стрела выпадет.
- Тетиву нужно сделать лучше.
- Различные фиксаторы.
- Я измерил кинетическую энергию. Выстрел дает энергию в 28 Дж, что ниже рекомендуемого минимума 33 Дж для охоты, поэтому нужно сделать более сильный самострел.
Не кажется ли вам, дорогие комрады, что практически все появляющиеся новые заболевания являются вирусными? ВИЧ,новые штаммы гриппа свиной, птичий и прочие болезни являются вирусными инфекциями. Да и старые известные болезни вдруг стали вызывать эпидемии там, где их отродясь не было? Чикунгунья встречалась в Африке, Азии и на Индийском субконтиненте. И вдруг появились заболевшие в Европе и Америке. В 2007 году передача болезни была впервые зарегистрирована в Европе - в локализованной вспышке болезни на северо-востоке Италии. С тех пор вспышки болезни были зарегистрированы во Франции и Хорватии. Еще одна опасность, которая грозит человечеству, - это появление в мире нового коронавируса. Коронавирус - это шаровидной формы вирус с выростами, одна из его форм привела к эпидемии атипичной пневмонии в 2003 году. Начиная с осени 2012 года, и сейчас идет по нарастающей, появился суперновый коронавирус, который по своей геномной структуре отличается от того, что в нашей стране называли атипичной пневмонией. Эти примеры можно перечислять долго....
А теперь вспомним босоногое детство. Чем болели? Ну, понятно, корь, ветрянка и простуда. Только она называлась ангиной. И носила, как правило, бактериальный характер. А сейчас, почему-то в основном ОРВИ. Острое Респираторное ВИРУСНОЕ заболевание. То есть грипп. Да, и раньше болели гриппом. И эпидемии были. Вспомним хотя бы испанку. Но в моем детстве я не помню, чтобы закрывали детский сад на карантин. Да и школу не закрывали. Бывало, что при температуре -25 занятия отменяли. Это счастье то какое! В школу не надо, значит целый день на катке шайбу гоняли. И в институте не было карантина. А сейчас чуть ли не каждый год эпидемия гриппа. С введением карантина в школах и детсадах. С чего бы это? Вроде бы и лекарства стали лучше и числом поболее. Не то что мамино варенье малиновое да горчичники. А болеют больше и тяжелее. Почему?
А всё дело в том, что мы бесконтрольным и бессистемным применением антибиотиков нарушили свою микробиоту. Дело даже не в том, что стали появляться новые резистентные штаммы бактерий. Дело в том, что убивая бактерий без разбора мы уничтожаем и полезных для нас. Которые защищают нас от вирусов. Об этой опасности писала ещё в прошлом веке наша замечательная ученая Агния Аркадьевна Морова. О её работах я писал на АШ Она ещё тогда предсказала, что будут появляться новые медленно текущие смертельные вирусные инфекции. И ВИЧ появился при её жизни! Гениальное предсказание... Тогда на её работы не обратили особого внимания. Тем более, что она не публиковалась в зарубежных англоязычных научных журналах. Но в последнее время стало появляться всё больше публикаций, в которых её идеи находят подтверждение. Вот пример http://www.pnas.org/content/108/13/5354 Не буду переводить полностью, скажу в двух словах. Микробиота носоглотки защищает нас от вируса гриппа. Если же при лечении гриппа использовать антибиотики, то состояние только ухудшается. То есть убивая антибиотиками симбионтные микроорганизмы мы только помогаем вирусу гриппа свалить нас с ног. Вот статья из "Саенс" http://science.sciencemag.org/content/357/6350/498.full Суть та же самая. Только речь идет уже о кишечных бактериях. Метаболиты, которые образуются в результате деятельности кишечных бактерий, стимулируют выработку интерферона – белка, который подавляет размножение вируса. А мы их антибиотикам! То есть своих же помощников уничтожаем....
Как же работает эта защита? Начнем с того, что мы не хозяева планеты. Мы гости в мире вирусов и бактерий. Они появились на многие миллиарды лет раньше нас. И, скорее всего, нас также переживут, как пережили первых хордовых, динозавров и мамонтов. Многие миллиарды лет до нашего появления на планете царствовали вирусы. Или что-то на них похожее, типа прионов. Живыми их назвать язык не поворачивается. Но эти безмозглые твари научились копировать свой генетический материал и размножаться. На том, что им Бог послал в виде первичного бульона. И все разнообразие жизни пошло от этих крохотных, видимых только в электронный микроскоп частичек. Постепенно они стали эволюционировать и появились бактерии. Которым уже не стало хватать первичного бульона. И они научились питаться вирусами. А чего добру пропадать? Плавают тут разные куски белковых молекул... давай их на закуску. Справедливости ради надо сказать, что не только бактерии научились питаться вирусами. Но и некоторые вирусы оказались не прочь ими закусить. Они сохранились до сих пор. Называются бактериофаги. Кстати, лечение бактериофагами, рекламируемое ныне зарубежными клиниками, началось во времена СССР. Впервые их обнаружил в 1915 году британский бактериолог Фредерик Творт. Через два года учёный из Института Пастера Феликс Д"Эрель сделал доклад, в котором сообщил, что открыл «невидимый микроб», поражающий дизентерийную палочку. Он же впервые применил термин «бактериофаг», то есть «поедатель бактерий». Этим термином мы пользуемся и по сей день. Хотя впервые бактериофаги были обнаружены западными учеными, активно развиваться фаготерапия стала в СССР. В числе первопроходцев этого направления медицины был Георгий Элиава. Открытый им в 1920-е годы в Тбилиси институт, который занялся исследованиями бактериофагов для терапевтического применения, стал даже мировым лидером в этой области. Кстати, Феликс Д"Эрель тоже несколько лет проработал в этом институте, но после того, как Элиава был расстрелян как «враг народа» в 1930-х, француз поспешил покинуть СССР. Но бактериофаги это тема для отдельной статьи. Вернемся к нашим баранам бактериям и вирусам.
Кстати, не только человека, но и даже комаров можно защитить от вирусов при помощи бактерий. Есть такая нехорошая болезнь лихорадка Денге. От лихорадки Денге ежегодно страдают более 50 миллионов человек. Вирус распространяется желтолихорадочными комарами, а лекарство от него до сих пор не найдено - медики лишь снимают симптомы болезни и проводят поддерживающую терапию. Ученые заразили яйца самок комаров бактерией Wolbachia pipientis , которая подавляет действие на комаров почти всех вирусов. Биологи предположили, что свойства бактерии распространяются и на вирус Денге: если комары сами не смогут заразиться им, у них не получится передать его людям. В результате подобных действий число случаев заражения вирусом в австралийском городе Таунсвилл упало в 12,5 раза. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Gates Open Research .
Получается интересная картина. Если мы имеем в организме определенные бактерии, то нам не страшны вирусы. Долгое время нашего развития так и было. Да, были вирусные инфекции. Но они были распространены в отдельных областях планеты, где местное население выработало к ним иммунитет. Или обладало таким набором бактерий, которые помогали справиться с вирусами. Не всем. Более слабые погибали, остальные получали иммунитет. То есть масштабных эпидемий было сравнительно немного. Только в случае резкого мутирования вируса, как это было с испанкой. А таких заболеваний как ВИЧ вообще не существовало. Они стали появляться тогда, когда люди стали уничтожать и менять свою микробиоту. Что и повлекло за собой всплеск вирусных заболеваний.
Поэтому сейчас стоит задача восстановить нормальную микробиоту. Другое дело, как узнать, какие бактерии помогают бороться с какими вирусами? Похоже, мы об этом никогда не узнаем. Так как под действием антибиотиков наши родные симбионтные бактерии либо исчезают, либо переходят в L-форму. Которая уже не дает нужных нам веществ. Надо сказать, что работы по бактериальной защите от вирусов ведутся во всем мире. Мы тоже по мере сил и возможностей в ней участвуем. На сегодняшний день доказано документально, что введение в организм человека симбионтных бактерий стрептококка приводит к резкому уменьшению вирусной нагрузки на организм. Вплоть до не определяемых показателей. Вот анализы человека до лечения.
А вот после лечения
В мае этого года в работе "Mitochondria-targeted antioxidants as highly effective antibiotics", опубликованной в журнале Scientific Reports, коллектив авторов из МГУ впервые показал принципиально новый гибридный антибиотик: его действие направлено против мембранного потенциала бактерий, который обеспечивает болезнетворные клетки энергией.
Победа! — но только временная
В середине прошлого столетия человечество находилось в состоянии эйфории, связанной с невероятными успехами в лечении инфекционных заболеваний бактериальной природы. Многие бактериальные инфекции, вызывавшие ужасающие по количеству жертв эпидемии в средние века, превратились в карантинные инфекции, которые легко и эффективно вылечивались.
Этот успех стал возможен после открытия в 1920-х годах британским бактериологом Александром Флемингом первого антибиотика — пенициллина; он обнаружился в плесневых грибах Penicillium notatum . Спустя десятилетие британские ученые Говард Флори и Эрнст Чейн предложили способ промышленного производства чистого пенициллина. Все трое в 1945 году были удостоены Нобелевской премии в области физиологии и медицины.
Массовое производство пенициллина было налажено во время Второй мировой войны, что вызвало резкое уменьшение смертности среди солдат, обычно умиравших от раневых инфекций. Это позволило французским газетам накануне визита Флеминга в Париж писать, что для разгрома фашизма и освобождения Франции он сделал больше целых дивизий.
Углубление знаний о бактериях привело к появлению большого числа антибиотиков, разнообразных по механизму, широте спектра действия и химическим свойствам. Почти все бактериальные заболевания либо полностью вылечивались, либо серьезно подавлялись антибиотиками. Люди полагали, что человек победил бактериальные инфекции.
Мелкие очаги сопротивления — и поражение
Одновременно с успехами появились и первые признаки грядущей глобальной проблемы: случаи бактериального сопротивления антибиотикам. Прежде безропотно чувствительные к ним микроорганизмы вдруг становились индифферентны. Человечество ответило бурным развитием исследований и новыми антибиотиками, это привело лишь к увеличению числа препаратов и новой резистентности бактерий.
В мае 2015 года Всемирная организация здравоохранения признала кризисом бактериальное сопротивление антибиотикам и выдвинула Глобальный план борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам. Его следовало выполнить безотлагательно, свои действия должны были координировать многочисленные международные организации вроде защитников окружающей среды, и отрасли экономики — не только человеческая медицина, но и ветеринария, и промышленное животноводство, и финансовые институты, и общества защиты прав потребителей.
План, должно быть, так или иначе выполняется, но к несчастью, несмотря на это уже в сентябре 2016 года одна американская пациентка умерла от сепсиса. Такое бывает, и даже чаще, чем хотелось бы, но ее погубила так называемая супербактерия — Klebsiella pneumoniae , но не обычная, а устойчивая ко всем разрешенным в США 26 антибиотикам, в том числе к антибиотику "последнего резерва" колистину.
Итак, ученым стало очевидно, что бактериальные инфекции побеждают человечество, и современная медицина может быть отброшена во времена, предшествовавшие открытию антибиотиков. Одним из главных вопросов, поднятых на международной конференции ASM Microbe , проводившейся в Новом Орлеане в июне 2017 года Американским обществом микробиологов, был такой: "Может ли человечество выиграть войну с микробами?". На той же конференции, кстати, отдельного внимания удостоилось движение antimicrobial stewardship, или управление антибиотикотерапией, которое имеет своей целью максимально разумно и достаточно, в соответствии с рекомендациями доказательной медицины, назначать антибиотики. Пока что законом такое обращение с антибиотиками стало только в одном месте в мире — в штате Калифорния, США.
Стало очевидным, что бактериальные инфекции побеждают человечество, и современная медицина может быть отброшена на уровень, предшествующий открытию антибиотиков
Как работает помпа
Действие помпы можно проиллюстрировать на примере основной помпы множественной лекарственной устойчивости кишечной палочки — AcrAB-TolC . Эта помпа состоит из трех основных компонентов: (1) белка внутренней клеточной мембраны AcrB , который за счет мембранного потенциала может перемещать вещества через внутреннюю мембрану (2) адаптерного белка AcrA , связывающего транспортер AcrB с (3) каналом на внешней мембране TolC . Точный механизм работы помпы остается недостаточно изученным, однако известно, что вещество, которое помпа должна выбросить за пределы клетки, попадает на внутреннюю мембрану, где его ждет транспортер AcrB , связывается с активным центром помпы и затем за счет энергии встречного движения протона выкачивается за пределы наружной мембраны бактерии.
Антиоксиданты направляются в митохондрию
Но решение, обходящее резистентность бактерий, можно считать, найдено — российскими учеными. В мае этого года в работе "Mitochondria-targeted antioxidants as highly effective antibiotics ", опубликованной в журнале Scientific Reports, коллектив авторов из МГУ впервые показал принципиально новый гибридный антибиотик широкого спектра действия — митохондриально направленный антиоксидант.
Митохондриально направленные антиоксиданты (МНА) получили широкое распространение не только как инструмент исследований роли митохондрий в разных физиологических процессах, но и как терапевтические средства. Это конъюгаты, то есть соединения, состоящие из какого-либо хорошо известного антиоксиданта (пластохинона, убихинона, витамина Е, ресвератрола) и проникающего, то есть способного преодолеть мембрану клетки или митохондрии, катиона (трифенилфосфония, родамина и др.).
Механизм действия МНА доподлинно не известен. Известно лишь, что в митохондрии они частично разобщают окислительное фосфорилирование, метаболический путь синтеза универсального клеточного горючего — аденозинтрифосфата, АТФ, что стимулирует клеточное дыхание и снижает мембранный потенциал и может приводить к защитному эффекту при окислительном стрессе.
Предположительно это выглядит так. МНА из-за своей липофильности (тяги к липидам или сродства с ними) связываются с мембраной митохондрии и постепенно мигрируют внутрь митохондрии, где, видимо, соединяются с отрицательно заряженным остатком жирной кислоты; составив комплекс, они теряют заряд и вновь оказываются снаружи мембраны митохондрии. Там остаток жирной кислоты захватывает протон, из-за чего комплекс распадается. Захватившая протон жирная кислота переносится в обратном направлении — и внутри митохондрии теряет протон, то есть, проще говоря, переносит его в митохондрию, отчего как раз и снижается мембранный потенциал.
Один из первых МНА был создан на основе трифенилфосфония в Оксфорде — английским биологом Майклом Мерфи; это был конъюгат с убихиноном (или коферментом Q , принимающим участие в окислительном фосфорилировании). Под названием MitoQ этот антиоксидант получил значительную известность как перспективный препарат для замедления старения кожи, а также как возможное средство защиты печени при гепатитах и жировом ее перерождении.
Позднее тем же путем пошла группа академика Владимира Скулачева из МГУ: на основе конъюгата трифенилфосфония с антиоксидантом пластохиноном (участвует в фотосинтезе) был создан эффективный SkQ1 .
В соответствии с симбиотической теорией происхождения митохондрий, выдвинутой членом-корреспондентом АН СССР Борисом Михайловичем Козо-Полянским в 1920-х годах и американским биологом Линн Маргулис в 1960-х годах, между митохондриями и бактериями — много общего, и можно ожидать, что МНА будут воздействовать на бактерии. Однако несмотря на очевидную схожесть бактерий и митохондрий и десятилетний опыт работы с МНА во всем мире никакие попытки обнаружить антимикробное действие МНА не приводили к положительным результатам.
Последний рубеж пал
Колистин считается антибиотиком последнего резерва — это старый препарат из класса полимиксинов, вышедший из употребления из-за своего токсического воздействия на почки. Когда обнаружились супербактерии, которые, кроме того что сами сопротивлялись известным антибиотикам, еще и обзавелись способностью передавать друг другу генную информацию, позволяющую сопротивляться антибиотикам, выяснилось, что во-первых, колистин губителен для всех этих бактерий, а во-вторых, бактерии не могут обмениваться генами резистентности к колистину, если вдруг таковая все-таки возникнет.
Увы, но в мае 2016 года в американское Хранилище мультирезистентных микроорганизмов, которое находится в структуре Исследовательского института имени Уолтера Рида (это структура армии США), поступила-таки бактерия, которая не просто была индифферентна к колистину, но еще и оказалась способна передавать генную информацию с этой резистентностью другим бактериям. Первый такой микроорганизм еще в 2015 году был зафиксирован в Китае, долгое время была надежда, что это единичный случай, но она не оправдалась. Особенно печально, что в США этим микроорганизмом оказалась всем хорошо знакомая кишечная палочка.
Загадка двух палочек
Прорыв случился в 2015 году: впервые антибактериальное действие МНА на примере SkQ1 было показано в работе "Разобщающее и токсическое действие алкил-трифенилфосфониевых катионов на митохондрии и бактерии Bacillus subtilis в зависимости от длины алкильного фрагмента" — ее опубликовал журнал "Биохимия" в декабре 2015 года. Но то было описанием феномена: эффект наблюдался при работе с сенной палочкой (Bacillus subtilis ) и не наблюдался при работе с палочкой кишечной (Escherichia coli ).
Но дальнейшие исследования, которые легли в основу новейшей работы, опубликованной в журнале Scientific Reports , показали, что МНА SkQ1 — высокоэффективный антибактериальный агент в отношении широкого спектра грамположительных бактерий. SkQ1 эффективно подавляет рост таких надоедливых бактерий, как золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus ) — один из четырех наиболее частых видов микроорганизмов, вызывающих внутрибольничные инфекции. Так же эффективно SkQ1 подавляет рост микобактерий, в том числе палочки Коха (Mycobacterium tuberculosis ). Более того, МНА SkQ1 оказался высокоэффективным средством против грамотрицательных бактерий, таких как Photobacterium phosphoreum и Rhodobacter sphaeroides .
И только в отношении кишечной палочки он был крайне неэффективен, а ведь именно Escherichia coli — та бактерия, которую микробиологи используют как модельный организм, что и было, по-видимому, причиной неудачных попыток ранее обнаружить антимикробное действие МНА.
Естественно, исключительная резистентность кишечной палочки вызвала весьма сильный интерес исследователей. К счастью, современная микробиология сделала большой шаг вперед в методологическом аспекте, и у ученых созданы целые коллекции микроорганизмов с делециями (отсутствием) некоторых генов, не вызывающими их гибель. Одна из таких коллекций — делеционных мутантов кишечной палочки — находится в распоряжении МГУ.
Исследователи высказали предположение, что резистентность может быть обусловлена работой какой-либо из помп множественной лекарственной устойчивости, имеющихся у кишечной палочки. Любая помпа плоха для инфицированного человека тем, что просто выбрасывает из бактериальной клетки антибиотик, он на нее не успевает подействовать.
Генов, отвечающих за действие помп множественной лекарственной устойчивости, у кишечной палочки много, и было решено начать анализ с продуктов генов, входящих в состав сразу нескольких помп,— а именно белка TolC .
Белок TolC — канал на внешней мембране грамотрицательных бактерий, он служит внешней частью для нескольких помп множественной лекарственной устойчивости.
Анализ делеционного мутанта (то есть палочки без белка TolC ) показал, что его резистентность снизилась на два порядка и стала неотличима от резистентности грамположительных бактерий и нерезистентных грамотрицательных бактерий. Таким образом, можно было заключить, что выдающаяся резистентность кишечной палочки — результат работы одной из помп множественной лекарственной устойчивости, имеющих в составе белок TolC . А дальнейший анализ делеционных мутантов по белкам — компонентам помп множественной лекарственной устойчивости показал, что только помпа AcrAB-TolC участвует в откачке SkQ1 .
Резистентность, вызванная наличием помпы AcrAB-TolC, не выглядит непреодолимой преградой: антиоксидантный конъюгат SkQ1 — также уникальное для этой помпы вещество, очевидно, можно будет найти для нее ингибитор.
В мае 2015 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) выдвинула Глобальный план действий по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам, признав бактериальное сопротивление антибиотикотерапии кризисом
Бессмертие Генриетты Лакс
Линия "бессмертных" клеток HeLa получила свое название по имени негритянки Генриетты Лакс (Henrietta Lacs). Клетки были получены из раковой опухоли ее шейки матки, без ее ведома и тем более согласия в феврале 1951 года Джорджем Гаем, врачом-исследователем питтсбургской университетской больницы имени Джона Хопкинса. Генриетта Лакс умерла в октябре того же года, а доктор Гай выделил одну конкретную клетку из эндотелия ее матки и начал с нее клеточную линию. Вскоре он обнаружил, что это уникально живучая культура, и начал делиться ею с исследователями по всему миру. Клетки, произошедшие от Генриетты Лакс, помогли человечеству при создании вакцины от полиомиелита, при определении числа хромосом в человеческой клетке (46), при первом клонировании человеческой клетки, наконец, при экспериментах с экстракорпоральным оплодотворением.
Надо сказать, что происхождение клеток Джордж Гай держал в тайне — оно стало известно только после его смерти.
Не только лечить, но и чинить
Но чтобы называться антибиотиком, SkQ1 необходимо соответствовать множеству критериев, таких как (1) способность подавлять жизненные процессы микроорганизмов в малых концентрациях и (2) мало повреждать или вовсе не повреждать клетки человека и животных. Сравнение SkQ1 c известными антибиотиками — канамицином, хлорамфениколом, ампициллином, ципрофлоксацином, ванкомицином и пр.— показало, что SkQ1 действует на бактерии в таких же, как они, или даже более низких концентрациях. Более того, при сравнительном исследовании действия SkQ1 на культуру клеток человека линии HeLa выяснилось, что в минимальной бактерицидной концентрации SkQ1 не оказывает практически никакого воздействия на клетки человека — а замечают клетки SkQ1 , когда концентрация антиоксидантного конъюгата становится более чем на порядок выше необходимой для бактерицидного действия.
Механизм действия SkQ1 на бактерии оказался подобен действию МНА на митохондрии, однако общее действие на прокариотическую и эукариотическую клетку различалось. Одна из главных причин — пространственное разделение процессов генерации энергии (исключая субстратное фосфорилирование) и процессов транспорта веществ внутрь клетки, что, по-видимому, представляет собой существенное эволюционное преимущество, которое часто обходят вниманием при рассмотрении выгод от сожительства протомитохондрии и протоэукариота. Так как у бактерий генерация энергии и транспорт локализованы на клеточной мембране, то падение потенциала вызывает, по-видимому, остановку сразу обоих процессов, что приводит к смерти микроорганизма. В эукариотической клетке процессы транспорта веществ внутрь клетки локализованы на клеточной мембране, а генерация энергии происходит в митохондриях, что позволяет эукариотической клетке выживать при летальных для бактерий концентрациях МНА. Кроме того, разность потенциала на мембране бактерии и эукариотической клетки различается в пользу бактерий — и это тот самый дополнительный фактор, аккумулирующий МНА на мембране бактерий.
Рассматривая механизм действия SkQ1 на бактерии, нельзя пройти мимо другого уникального свойства этого МНА — способности лечения поврежденных бактериями эукариотических клеток за счет антиоксидантных свойств. SkQ1 , действуя как антиоксидант, снижает уровень вредных активных форм кислорода, образующихся при воспалении, вызванном бактериальной инфекцией.
Таким образом, SkQ1 может быть признан уникальным гибридным антибиотиком широчайшего спектра действия. Дальнейшая разработка антибиотиков на его основе может позволить переломить ход войны человечества против все более совершенных микробов.
Павел Назаров, кандидат биологических наук, НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ
Loading...