Пептид поможет антибиотикам обойти защиту бактерий. Сингапур

автор Night Ср Авг 19 2020, 18:49

NTU из Сингапура разрабатывает пептид, который снова делает лекарственно-устойчивые бактерии чувствительными к антибиотикам

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали синтетический пептид (NEWWR сообщал о подобных разработках в Швеции), который может снова сделать бактерии с множественной лекарственной устойчивостью чувствительными к антибиотикам при использовании вместе с традиционными антибиотиками, что дает надежду на перспективу стратегии комбинированного лечения для борьбы с определенными устойчивыми к антибиотикам инфекциями.

Сам по себе синтетический антимикробный пептид также может убивать бактерии, которые стали устойчивыми к антибиотикам.

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно во всем мире около 700 000 человек умирают от болезней, устойчивых к антибиотикам. В отсутствие новых терапевтических средств инфекции, вызванные устойчивыми супербактериями, могут ежегодно к 2050 году убивать дополнительно 10 миллионов человек во всем мире, что превзойдет рак. Устойчивость к антибиотикам возникает у бактерий, когда они могут распознать и предотвратить действие лекарств, которые в противном случае убили бы их, через их клеточную стенку.

Эта угроза усугубляется развивающейся пандемией COVID-19, когда пациенты, поступающие в больницы, часто получают антибиотики, чтобы контролировать вторичные бактериальные инфекции, что увеличивает возможность появления и распространения устойчивых патогенов.

Хотя усилия сосредоточены на борьбе с пандемией COVID-19, мы также должны помнить, что устойчивость к антибиотикам продолжает оставаться проблемой, когда у пациентов развиваются вторичные бактериальные инфекции, что может усложнить ситуацию и создать угрозу для медицинских учреждений. Например, вирусные респираторные инфекции могут способствовать более легкому проникновению бактерий в легкие, что приводит к бактериальной пневмонии, которая обычно связана с COVID-19", - сказала профессор Мэри Чан, директор Центра антимикробной биоинженерии NTU.

Команда NTU Singapore, возглавляемая доцентом Кимберли Клайн и профессором Мэри Чан, разработала противомикробный пептид, известный как CSM5-K5, содержащий повторяющиеся единицы хитозана, сахара, обнаруженного в панцирях ракообразных, который имеет структурное сходство со стенкой бактериальной клетки, и повторяющиеся единицы аминокислоты лизина.

Ученые считают, что структурное сходство хитозана со стенкой бактериальной клетки помогает пептиду взаимодействовать с ней и внедряться в нее, вызывая дефекты в стенке и мембране, которые в конечном итоге убивают бактерии.

Команда проверила пептид на биопленках, которые представляют собой слизистую оболочку бактерий, которые могут цепляться за поверхности, такие как живые ткани или медицинские устройства в больницах, и через которые традиционным антибиотикам трудно проникнуть.

Как в предварительно сформированных биопленках в лаборатории, так и в биопленках, образованных на ранах у мышей, пептид, разработанный NTU, убил по меньшей мере 90% штаммов бактерий за четыре-пять часов.

В отдельных экспериментах, когда CSM5-K5 использовался с антибиотиками, к которым бактерии в остальном устойчивы, было уничтожено больше бактерий по сравнению с тем, когда CSM5-K5 использовался отдельно, что позволяет предположить, что пептид сделал бактерии чувствительными к антибиотикам. Количество антибиотиков, используемых в этой комбинированной терапии, также было ниже, чем обычно назначают.

Результаты были опубликованы в научном журнале ACS Infectious Diseases в мае.

Наши результаты показывают, что наш антимикробный пептид эффективен независимо от того, используется ли он отдельно или в сочетании с обычными антибиотиками для борьбы с бактериями с множественной лекарственной устойчивостью. Его эффективность увеличивается при использовании с антибиотиками, снова восстанавливая чувствительность бактерий к лекарствам. Что еще более важно, мы обнаружили, что бактерии, которые мы тестировали, практически не проявляли устойчивости к нашему пептиду, что делает его эффективным и возможным дополнением к антибиотикам в качестве жизнеспособной стратегии комбинированного лечения, поскольку мир борется с растущей устойчивостью к антибиотикам", - сказала доцент Кимберли Клайн, главный исследователь Сингапурского центра инженерных наук об окружающей среде (SCELSE) в NTU.

Как работает антимикробный пептид

Противомикробные пептиды, которые несут положительный электрический заряд, обычно работают, связываясь с отрицательно заряженными бактериальными мембранами, разрушая мембрану и вызывая в конечном итоге гибель бактерий. Чем более положительно заряжен пептид, тем эффективнее он связывается с бактериями и тем самым убивает их.

Однако токсичность пептида для хозяина также увеличивается в соответствии с положительным зарядом пептида - он повреждает клетки организма-хозяина, убивая бактерии. В результате разработанные противомикробные пептиды на сегодняшний день имеют ограниченный успех, сказала доцент Клайн, который также из Школы биологических наук NTU.

Пептид, разработанный командой NTU, названный CSM5-K5, способен объединяться в кластеры с образованием наночастиц при нанесении на биопленки бактерий. Эта кластеризация приводит к более концентрированному разрушающему воздействию на стенку бактериальной клетки по сравнению с активностью отдельных цепей пептидов, что означает, что она обладает высокой антибактериальной активностью, но не вызывает чрезмерного повреждения здоровых клеток.

Чтобы самостоятельно изучить эффективность CSM5-K5, ученые NTU разработали отдельные биопленки, содержащие устойчивую к метициллину бактерию Staphylococcus aureus, широко известную как супербактерия MRSA; высоковирулентный штамм Escherichia coli с множественной лекарственной устойчивостью (MDR E. Coli); и устойчивый к ванкомицину Enterococcus faecalis (VRE). MRSA и VRE классифицируются Центрами по контролю и профилактике заболеваний США как серьезные угрозы.

В лабораторных экспериментах CSM5-K5 убил более 99 процентов бактерий биопленки после четырех часов лечения. В инфицированных ранах мышей антимикробный пептид, разработанный NTU, убил более 90% бактерий.

Когда CSM5-K5 использовался с обычными антибиотиками, команда NTU обнаружила, что комбинированный подход привел к дальнейшему снижению количества бактерий как в лабораторных биопленках, так и в инфицированных ранах у мышей по сравнению с тем, когда использовался только CSM5-K5, предполагая, что антимикробный пептид сделал бактерии чувствительными к лекарствам, к которым они в противном случае были бы устойчивы.

Что еще более важно, команда NTU обнаружила, что три изученных штамма бактерий (MRSA, VRE и MDR E. coli) практически не проявляли устойчивости к CSM5-K5. В то время как MRSA развил низкий уровень устойчивости к CSM5-K5, что сделало MRSA более чувствительным к препарату, к которому он в остальном устойчив.

Одной разработки новых лекарств уже недостаточно для борьбы с трудноизлечимыми бактериальными инфекциями, поскольку бактерии продолжают развиваться и обманывать антибиотики. Важно искать инновационные способы борьбы с трудноизлечимыми бактериальными инфекциями с устойчивостью к антибиотикам и биопленками, например, устраняя защитные механизмы бактерий. Более эффективный и экономичный метод борьбы с бактериями - это подход комбинированной терапии, подобный нашему", - сказал профессор Чан.

Следующим шагом для команды является изучение того, как такой подход комбинированной терапии можно использовать для лечения редких заболеваний или для перевязки ран.

Исследование противомикробного пептида CSM5-K5 финансировалось NTU, Национальным исследовательским фондом, Министерством образования и Министерством здравоохранения.

Контакты для СМИ:

Фу Цзе Инь
Менеджер отдела корпоративных коммуникаций
Наньянский технологический университет
Почта: jieying@ntu.edu.sg
Источник