Материнское молоко, состоящее из сложной и постоянно меняющейся смеси белков, жиров и сахаров, помогает защитить детей от бактериальных инфекций.
В прошлом ученые концентрировали свои поиски источника его антибактериальных свойств на содержащихся в нем белках. Однако междисциплинарная группа химиков и врачей из Университета Вандербильта обнаружила, что некоторые углеводы в грудном молоке не только обладают собственными антибактериальными свойствами, но и усиливают эффективность присутствующих антибактериальных белков.
«Это первый пример общей антимикробной активности углеводов в грудном молоке», - сказал доцент кафедры химии Стивен Таунсенд, руководивший исследованием. «Одним из замечательных свойств этих соединений является то, что они явно нетоксичны, в отличие от большинства антибиотиков».
Результаты были представлены 20 августа на ежегодном собрании Американского химического общества в Вашингтоне, округ Колумбия, докторантом Дороти Акерман и опубликованы в журнале ACS Infectious Diseases 1 июня в статье под названием «Олигосахариды человеческого молока». Проявляют антимикробные свойства и антибиопленочные свойства в отношении стрептококков группы B."
Основной мотивацией для исследования была растущая проблема устойчивости бактерий к антибиотикам, которая, по оценкам Центра по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно приводит к 23 000 смертей.
Мы начали искать разные методы борьбы с инфекционными бактериями. Для вдохновения мы обратились к одной конкретной бактерии, стрептококку группы B. Мы задались вопросом, вырабатывает ли его общий хозяин, беременные женщины, соединения, которые могут либо ослабить, либо убить стрептококк, который является основной причиной инфекций у новорожденных во всем мире», - сказал Таунсенд.
Вместо того, чтобы искать в грудном молоке белки с антимикробными свойствами, Таунсенд и его коллеги обратили внимание на сахара, изучение которых значительно сложнее.
«Большую часть прошлого века биохимики утверждали, что белки являются наиболее важными, а сахара - второстепенными. Большинство людей согласились с этим аргументом, даже несмотря на отсутствие данных, подтверждающих его», - сказал Таунсенд. «О функциях сахаров известно гораздо меньше, и, как обученный химик гликопротеинов, я хотел изучить их роль».
Для этого исследователи собрали углеводы грудного молока, также называемые олигосахаридами, из ряда различных образцов доноров и профилировали их с помощью метода масс-спектрометрии, который может одновременно идентифицировать тысячи крупных биомолекул. Затем они добавляли соединения к культурам стрептококков и наблюдали результат под микроскопом. Это показало, что некоторые из этих олигосахаридов не только убивают бактерии напрямую, но и физически разрушают биопленки, которые бактерии образуют, чтобы защитить себя.
В экспериментальном исследовании лаборатория Таунсенда собрала пять образцов. Они обнаружили, что сахар из одного образца чуть не убил всю колонию стрептококков. В другом образце сахара были умеренно эффективными, в то время как остальные три образца проявляли более низкий уровень активности. В последующем исследовании они тестируют более двух десятков дополнительных образцов. На данный момент двое разрушили бактериальные биопленки и убили бактерии, четыре разрушили биопленки, но не убили бактерии, а двое убили бактерии, не разрушив биопленки.
"Наши результаты показывают, что эти сахара имеют один-два удара", сказал Таунсенд. «Сначала они повышают чувствительность целевых бактерий, а затем убивают их. Биологи иногда называют это «синтетической летальностью», и есть большой толчок к разработке новых противомикробных препаратов с такой способностью».
Дозируя стрептококковые культуры смесью молочных сахаров и противомикробных пептидов из слюны человека, исследователи также показали, что способность сахаров разрушать биопленки также может повышать эффективность других противомикробных агентов, содержащихся в грудном молоке.
В последующих исследованиях команда также показала, что антимикробная активность молочного сахара распространяется на ряд других инфекционных бактерий, включая два из шести патогенов «ESKAPE», которые являются основной причиной госпитальных инфекций во всем мире.
Townsend сотрудничает с коллегами из Исследовательского центра масс-спектрометрии Вандербильта, чтобы определить конкретные типы молекул углеводов, ответственные за обнаруженные ими антибактериальные эффекты.