За последние несколько десятилетий многие бактерии стали устойчивыми к существующим антибиотикам, и появилось мало новых лекарств. Недавнее исследование, проведенное британской комиссией по устойчивости к противомикробным препаратам, показало, что к 2050 году устойчивые к антибиотикам бактериальные инфекции будут убивать 10 миллионов человек в год, если не будут разработаны новые лекарства.
Чтобы помочь восстановить арсенал против инфекционных заболеваний, многие ученые обращаются к встречающимся в природе белкам, известным как антимикробные пептиды, которые могут убивать не только бактерии, но и другие микробы, такие как вирусы и грибки. Группа исследователей из Массачусетского технологического института, Университета Бразилиа и Университета Британской Колумбии разработала противомикробный пептид, способный уничтожать многие виды бактерий, включая те, которые устойчивы к большинству антибиотиков.
«Одна из наших главных целей - предоставить решения для борьбы с устойчивостью к антибиотикам», - говорит постдоктор Массачусетского технологического института Сезар де ла Фуэнте. «Этот пептид интересен в том смысле, что он обеспечивает новую альтернативу для лечения этих инфекций, которые, по прогнозам, ежегодно убивают больше людей, чем любая другая причина смерти в нашем обществе, включая рак».
Де ла Фуэнте является соответствующим автором нового исследования и одним из его ведущих авторов вместе с Осмаром Сильвой, постдоком Университета Бразилиа, и Эваном Хейни, постдоком Университета Британской Колумбии. Тимоти Лу, адъюнкт-профессор электротехники, информатики и биологической инженерии Массачусетского технологического института, также является автором статьи, опубликованной в ноябрьском номере журнала.2 выпуск Scientific Reports.
Совершенствование природы
Антимикробные пептиды, вырабатываемые всеми живыми организмами как часть их иммунной защиты, убивают микробы несколькими различными способами. Во-первых, они протыкают клеточные мембраны захватчиков. Оказавшись внутри, они могут разрушать несколько клеточных мишеней, включая ДНК, РНК и белки.
Эти пептиды также обладают еще одной важной способностью, которая отличает их от традиционных антибиотиков: они могут задействовать иммунную систему хозяина, вызывая клетки, называемые лейкоцитами, которые выделяют химические вещества, помогающие убить вторгшиеся микробы.
Ученые уже несколько лет работают над тем, чтобы попытаться адаптировать эти пептиды в качестве альтернативы антибиотикам, поскольку бактерии становятся устойчивыми к существующим лекарствам. Встречающиеся в природе пептиды могут состоять из 20 различных аминокислот, поэтому их последовательности могут сильно различаться.
«Вы можете адаптировать их последовательности таким образом, чтобы вы могли настроить их для определенных функций», - говорит де ла Фуэнте. «У нас есть вычислительная мощность, чтобы попытаться создать терапевтическое средство, которое сможет попасть в клинику и оказать влияние на общество».
В этом исследовании исследователи начали с встречающегося в природе противомикробного пептида под названием клаванин-А, который первоначально был выделен из морского животного, известного как оболочник. Первоначальная форма пептида убивает многие виды бактерий, но исследователи решили попытаться разработать его, чтобы сделать его еще более эффективным.
Антимикробные пептиды имеют положительно заряженную область, которая позволяет им проникать сквозь мембраны бактериальных клеток, и гидрофобное растяжение, которое позволяет взаимодействовать с мембранами и перемещаться в них. Исследователи решили добавить последовательность из пяти аминокислот, которая сделает пептиды еще более гидрофобными, в надежде, что это улучшит их убивающую способность.
Этот новый пептид, который они назвали clavanin-MO, был очень мощным против многих бактериальных штаммов. В ходе испытаний на мышах исследователи обнаружили, что он может убивать штаммы кишечной палочки и золотистого стафилококка, устойчивые к большинству антибиотиков.
Подавление сепсиса
Другое ключевое преимущество этих пептидов заключается в том, что, хотя они задействуют иммунные клетки для борьбы с инфекцией, они также подавляют чрезмерную воспалительную реакцию, которая может вызвать сепсис, опасное для жизни состояние.
«В этой единственной молекуле у вас есть синтетический пептид, который может убивать микробы - как чувствительные, так и устойчивые к лекарствам - и в то же время может действовать как противовоспалительный медиатор и повышать защитный иммунитет», - де ла Фуэнте. говорит.
Исследователи также обнаружили, что эти пептиды могут разрушать определенные биопленки, представляющие собой тонкие слои бактериальных клеток, образующиеся на поверхностях. Это повышает возможность их использования для лечения инфекций, вызванных биопленками, таких как инфекции Pseudomonas aeruginosa, которые часто поражают легкие пациентов с муковисцидозом. Или они могут быть встроены в поверхности, такие как столешницы, чтобы сделать их устойчивыми к микробному росту.
Другие возможные области применения этих пептидов включают антимикробные покрытия для катетеров или мази, которые можно использовать для лечения кожных инфекций, вызванных Staphylococcus aureus или другими бактериями.
Если эти пептиды будут разработаны для терапевтического использования, исследователи ожидают, что их можно будет использовать либо в качестве самостоятельной терапии, либо вместе с традиционными антибиотиками, что затруднит развитие устойчивости бактерий к лекарствам. В настоящее время исследователи изучают, что делает искусственные пептиды более эффективными, чем встречающиеся в природе, и надеются сделать их еще лучше.