Устойчивость к антибиотикам может развиваться вследствие естественного отбора в результате случайных мутаций микроорганизмов. Она проявляется, когда микроорганизм эволюционирует, становясь более, или полностью устойчивым к противомикробным препаратам, которыми ранее его можно было лечить. Кроме того, микроорганизмы способны также переносить к следующим поколениям генетическую информацию устойчивости к антибиотикам. Это обеспечивает постоянную “гонку вооружений” между микробами и учеными, создающими новые антибиотики.
В последние годы перспективные кандидаты на роль антибиотиков были найдены в неожиданных местах – яд гремучих змей, молоко утконоса, цветы табака. Теперь найден еще один кандидат уже внутри человеческого организма. Исследователи из Массачусетского технологического института и Неаполитанского университета Федерико II обнаружили, что мощный пептид, участвующий в пищеварении, оказывает сильное антимикробное действие и может составлять основу новых препаратов.
В формировании нормальной микрофлоры человека принимают участие около 500 видов различных бактерий-симбионтов. Учитывая огромное количество микроорганизмов, живущих внутри человека и активно участвующих в пищеварении, потенциально могут возникнуть проблемы со здоровьем в случае появления мутировавших бактерий или бактерий-“диссидентов”. Разумеется, для таких случаев у человеческого организма есть свои механизмы защиты.
Известно, что эту роль играют антимикробные пептиды. Несмотря на то, что они обладают антибактериальной активностью, часто они недостаточно сильны, чтобы использовать их в качестве антибиотиков. По крайней мере, не без некоторой “настройки”.
“Эти пептиды действительно представляют собой отличный шаблон для проектирования. Идея сейчас состоит в том, чтобы использовать методы синтетической биологии, чтобы их модифицировать и сделать более мощными.” сообщает Сезар де ла Фуэнте-Нуньес, один из авторов нового исследования.
Чтобы определить лучших кандидатов, исследователи провели скрининг почти 2000 человеческих белков, используя алгоритмы выявления схожести с известными антимикробными пептидами, которые могут стать потенциальными объектами для дальнейшего изучения.
“Метод интеллектуального анализа данных позволяет легко находить пептиды, которые ранее не были изучены. Поиск проводится с использованием алгоритмов машинного обучения, нечеткого поиска и базы данных, находя образцы максимально похожие на то, что составляет антимикробный пептид, убивающий бактерии”.
Из тысяч пептидов, прошедших скрининг, алгоритм определил около 800 потенциальных кандидатов. Для текущей работы исследователи выделили один особенно перспективный пептид, известный как пепсиноген, продуцирующийся клетками фундальных желез желудка. Ранее, до использования такого анализа не было известно, что выявленные пептиды имеют потенциально антибактериальные свойства.
Чтобы проверить гипотезу об антимикробных свойствах пепсиногена, ученые попробовали воздействовать им на популяции некоторых бактерий в лабораторных условиях. Оказалось, что пептид был эффективен против нескольких распространенных патогенов, включая Salmonella, E. coli и Pseudomonas aeruginosa, и некоторых других. А также, эти свойства проявлял как в кислой, так и в нейтральной средах.
Тесты на лабораторных мышах также показали, что пептид проявлял антимикробные свойства для возбудителя кожных инфекций – синегнойной палочки.
Следующим шагом для команды должна стать модификация пептидов, чтобы сделать их еще более мощными.
Исследование опубликовано в журнале ACS Synthetic Biology.