Человеческие антимикробные пептиды как новый вид антибиотиков

19:37 09 Ноябрь Киев, Украина

Исследователи из США и Италии обнаружили более двух тысяч образовавшихся человеческим телом веществ с ранее неизвестной антимикробной активностью. Из синтезированных и проверенных в лаборатории 55 более половины оказались эффективными против распространенных возбудителей бактериальных инфекций у человека. При этом бактериям оказалось гораздо труднее развить стойкость к этим веществам по сравнению с антибиотиками. Авторы надеются, что человеческие антимикробные пептиды могут помочь создать новые эффективные антибиотики. Результатами своих опытов они поделились в журнале Nature Biomedical Engineering .

Почему нам так нужны новые антибиотики?

Антибиотики имеют важнейшее значение в современной медицине, позволяя лечить бактериальные инфекции, которые раньше часто заканчивались смертью. Пока они спасательны, но поскольку микроорганизмы быстро приспосабливаются к своей среде и передают приспособления другим, уже скоро антибиотики станут малоэффективными из-за распространения устойчивых к ним бактерий. Имеющиеся сейчас препараты используются уже несколько десятков лет, поэтому многие возбудители болезней уже развили резистентность ко многим из них, например, метициллинрезистентный золотистый стафилококк (methicillin-resistant Staphylococcus aureus ). Ежегодно около 700 тысяч человек погибают от вызванных резистентными бактериями болезней, а если не найти новые действенные антибиотики, число жертв может достичь10 миллионов к 2050 году. В поисках препаратов и решений учёные изучают разнообразные источники. Так они находили потенциал в яде осы , лекарствах против артрита , вирусах бактерий и генномодифицированных дрожжах . В новой работе ученые из Пенсильванского и Неапольского университета имени Фридриха II решили поискать в другом месте — в человеческом теле.

Откуда в человеческом теле взяться новым антибиотикам?

Ученые сосредоточились на обнаружении новых антимикробных пептидов – это небольшие молекулы (до 50 аминокислотных остатков в длину), являющиеся частью врожденной иммунной системы всех организмов и могут обезвреживать широкий спектр грибов, бактерий и других возбудителей болезней. Человеческий организм тоже производит такие соединения, поэтому ученые и принялись исследовать те из них, которые еще не известны своей антимикробной эффективностью. Для этого они просканировали протеом человека, то есть совокупность всех белков, способных образовывать наши тела. Чтобы найти необходимые вещества, анализ осуществили компьютерной программой, задачей которой было выявлять соединения с основными характеристиками антимикробных пептидов, в частности: от 8 до 50 аминокислотных остатков, наличием гидрофобных и гидрофильных участков, положительным зарядом.

Сколько желанных антимикробных пептидов нашли ученые?

Исследование выявило 2603 пептида с антимикробным действием, которые не происходят от вовлеченных в иммунном ответе белков. В дальнейшем ученые синтезировали 55 из них в лаборатории, чтобы описать и проверить достоверность прогнозируемой алгоритмом эффективности бактерий. Испытания пептидов провели на восьми клинически значимых патогенах: трех штаммах кишечной палочки ( Escherichia coli ), двух штаммах синегнойной палочки ( Pseudomonas aeruginosa ), клебсиелла пневмонии ( Klebsiella pneumoniae ), золотистый стафилококк ( Staphylococcus aureus ) и ацинетобактерии Баумана ( Acinetobacter baumannii ).

63,6 % испытуемых пептидов действительно проявили антимикробную активность по меньшей мере к одному из бактериальных патогенов. Их действие основано на нарушении целостности бактериальных мембран. Но как показали следующие опыты, эти соединения могут убивать не только опасных возбудителей, но и коменсальных бактерий, живущих в кишечнике и на коже — по меньшей мере 80 процентов из протестированных 55 пептидов проявили действие против хотя бы одного возбудителя или коменсальной бактерии кожи. Вероятно, эти вещества играют роль в модулировании микробиоты, предполагают авторы.

Интересно, что при применении комбинации из пептидов, происходящих из одного белка, антимикробная эффективность увеличивалась до ста раз. Вещества показали себя как препараты, к которым патогенам трудно развить резистентность. A. baumannii за 26 дней потеряла чувствительность к антибиотику полимиксина В настолько, что эффективная доза препарата стала в 256 раз больше начальной, но за то же время не развилось устойчивости к пептидам.

Эффективность пептидов как новых антибиотиков подтвердилась не только в пробирках, но и в предыдущих опытах животных. Мышей заразили кожной инфекцией, вызванной P. aeruginosa или A. baumannii, а затем применили однократно местно действенные пептиды или их комбинацию. По одному пептиду удалось уменьшить бактериальную нагрузку на три порядка, тогда как в комбинации — до пяти-шести порядков по сравнению с нелеченными контрольными животными. При этом никаких отрицательных побочных эффектов не было обнаружено. Подобные результаты, во время которых пептиды даже демонстрировали выше некоторых антибиотиков эффективность, получили и при испытании потенциальных препаратов на мышах с инфекцией бедра.

Ученые считают свои результаты свидетельством того, что пептиды человеческого тела достойны дальнейшего изучения для разработки новых действенных антибиотиков.