устойчивость к антибиотикам

Самая ожесточенная борьба за выживание идет не в тропиках, не в пустынях и даже не в холодных землях Антарктиды, а у нас в пищеварительном тракте. Каждый день более 100 триллионов видов микробов в ограниченном пространстве сосуществуют, конкурируют за ресурсы и пытаются выжить, устроив настоящую эволюционную гонку. В этой гонке одни микроорганизмы научились синтезировать антибиотики, чтобы уничтожать других.

Исследователи из Университета Пенсильвании и Стэнфордского университета проанализировали метагеномы около двух тысяч человек на предмет небольших пептидов с антимикробными свойствами. Пептиды – младшие братья белков, состоят из 50 аминокислотных остатков и имеют идентичные химические свойства. Именно маленькие пептиды в большинстве своем остаются без внимания ученых на фоне «тяжеловесных» белков.

Когда дело касается пептидов, их счет идет не на десятки и даже не на сотни. Пятьсот тысяч белковых структур довольно сложно проанализировать вручную, поэтому ученые использовали искусственный интеллект, чтобы отобрать из полмиллиона пептидов 323 кандидата с антимикробными свойствами.

Из внушительной когорты кандидатов только 78 соединений были синтезированы в клеточных культурах и проверены на антимикробную активность, из которых 70% дали положительных результат. Обнаруженные пептиды убивали бактерии посредством деполяризации цитоплазматической мембраны. В норме внутренняя мембрана клеток, в том числе и бактериальных, заряжена отрицательно, относительно внешней. Это поддерживает круговорот заряженных ионов, необходимых для жизнедеятельности. В случае длительной деполяризации передача ионов нарушается, что приводит к гибели клетки.

Далее противомикробные кандидаты были проанализированы на активность в моделях кожного абсцесса у мышей и моделях глубокой инфекции бедра: больше половины соединений проявили противомикробную активность хотя бы против одного патогена, и не демонстрировали токсичность к организму хозяина.

Одно из соединений — превотеллин-2, выделенное из бактерий вида Prevotella copri, демонстрировало активность, сопоставимую с широко используемым антибиотиком Полимиксином B, который используют только при тяжелых случаях бактериальных инфекций, когда у патогенных микроорганизмов наблюдается резистентность к множеству других видов антибиотиков. Подобные резервные антибиотики токсичны к хозяину, в отличие от обнаруженных пептидов, и используются только в экстренных случаях.

Подобные антимикробные пептиды — древнейшая форма защиты от микроорганизмов, что делает их перспективными кандидатами на роль потенциальных лекарственных препаратов для людей. Что интересно, у микроорганизмов крайне редко встречается резистентность к антимикробным пептидам [1, 2].

Исследования маленьких пептидов микробиома человека только начинается. Еще недавно это казалось невозможным из-за вычислительных ограничений. Но сейчас использование нейронных сетей при анализе больших данных на наличие участков ДНК, потенциально кодирующих пептиды, может приблизить нас к появлению на рынке новых веществ противомикробной активности, которые все это время были внутри нас самих.