Устойчивость к антибиотикам возникает у бактерий, когда они учатся распознавать и предотвращать прохождение через клеточную стенку лекарств, которые могли бы их убить. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно около 700000 человек во всем мире умирают от болезней, устойчивых к антибиотикам. В отсутствие новых терапевтических средств инфекции, вызванные ими к 2050 году ежегодно будут убивать 10 миллионов человек во всем мире, превосходя рак.
Сингапурские ученые[1] разработали антимикробный пептид, известный как CSM5-K5, содержащий повторяющиеся звенья аминокислоты лизина и повторяющиеся звенья хитозана, обнаруженного в оболочках ракообразных, который имеет структурное сходство с клеточной стенкой бактерий. Именно это сходство помогает пептиду взаимодействовать и встраиваться в клеточную стенку, вызывая ее дефекты стенки и дефекты мембраны, которые в конечном итоге и убивают бактерию.
Антимикробные пептиды, которые несут положительный электрический заряд, обычно работают, связываясь с отрицательно заряженными бактериальными мембранами, разрушая их и вызывая гибель бактерий. Чем более положительно заряжен пептид, тем эффективнее он связывается с бактериями и убивает их. Однако токсичность пептида также увеличивается с повышением положительного заряда пептида — он повреждает не только бактерии, но и клетки организма-хозяина.
Пептид, разработанный командой Технологического университета Наньян, называемый CSM5-K5, способен кластеризоваться, образуя наночастицы, когда его наносят на биопленки бактерий. Эта кластеризация приводит к более концентрированному разрушающему воздействию на стенку бактериальной клетки по сравнению с активностью отдельных цепей пептидов. Другими словами, он обладает высокой антибактериальной активностью, не вызывая чрезмерного повреждения здоровых клеток.
Команда протестировала пептид на биопленках, которые позволяют бактериям цепляться за поверхности, например, живые ткани или медицинские устройства в больницах, и затрудняют прохождение традиционных антибиотиков.
Чтобы изучить эффективность CSM5-K5, ученые разработали отдельные биопленки, включающие
- метициллин-устойчивый золотистый стафилококк, широко известный как супербактерия MRSA;
- высоковирулентный штамм Escherichia coli с множественной лекарственной устойчивостью (MDR E. Coli);
- устойчивый к ванкомицину Enterococcus faecalis (VRE).
В лабораторных экспериментах CSM5-K5 убил более 99% бактерий после четырех часов лечения. В инфицированных в ранах у мышей – более 90%.
В отдельных экспериментах, когда он использовался вместе с антибиотиками, к которым бактерии были устойчивы, погибало больше бактерий по сравнению с тем, когда CSM5-K5 использовался один. Следовательно пептид сделал бактерии вновь восприимчивыми к антибиотикам и, к тому же позволил существенно снизить их эффективную дозу.
Еще важнее, что все три тестируемые штаммы бактерий (MRSA, VRE и MDR E. coli) практически не проявляли резистентности к пептиду, что делает его эффективным и целесообразным дополнением к антибиотикам в качестве комбинированного лечения.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
- Kishore R. V. Thappeta, Yogesh S. Vikhe, Adeline M. H. Yong, Mary B. Chan-Park, Kimberly A. Kline. Combined Efficacy of an Antimicrobial Cationic Peptide Polymer with Conventional Antibiotics to Combat Multidrug-Resistant Pathogens. ACS Infectious Diseases, 2020; 6 (5): 1228 DOI: 10.1021/acsinfecdis.0c00016
