Цивилизация
Сотрудники лаборатории биофармакологии и иммунологии насекомых СПбГУ предложили новый подход к решению проблемы лекарственной устойчивости бактериальных патогенов. Ученые исследовали механизм антибактериального иммунитета насекомых и создали препарат, содержащий комплекс антимикробных пептидов. Этот препарат эффективен в отношении резистентных к антибиотикам биопленок — наиболее распространенной формы бактериальных инфекций человека и животных. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале PLоS ONE.
Открытие антибиотиков в первой половине XX века радикально улучшило методы лечения бактериальных инфекций, которые ранее служили основной причиной смертности. Однако с тех пор эффективность антибиотиков постоянно снижается, и сейчас медицина вступила в период, который называют «концом эры антибиотиков». Можно выделить два наиболее важных аспекта этой проблемы: широкое распространение устойчивых к антибиотикам форм бактерий под давлением естественного отбора и образование биопленок (многоклеточных сообществ бактерий, прикрепленных к поверхностям органов человека и погруженных в защитный матрикс).
В отличие от чувствительных к антибиотикам свободноживущих собратьев, обитатели биопленок обладают природной устойчивостью к антибиотикам. Биопленки служат причиной примерно 80% заболеваний бактериальной природы, включая трудноизлечимые хронические инфекции и связанные с ними воспалительные, аутоиммунные и онкологические заболевания, поражения практически любых органов. Появление резистентных (невосприимчивых) к антибиотикам бактерий, большинство из которых также образуют биопленки, добавляет остроты этой проблеме.
Сотрудники СПбГУ предлагают новый подход к уничтожению патогенных биопленок. «Идея, лежащая в основе нашей работы, пришла из, казалось бы, далекой от медицины области биологии – иммунологии насекомых. Изучая механизмы антибактериального иммунитета насекомых, мы обратили внимание на то обстоятельство, что насекомые в ответ на заражение бактериями синтезируют и накапливают в гемолимфе (аналог крови человека) сложный набор антимикробных пептидов», — прокомментировал руководитель исследования, доктор биологических наук Сергей Черныш.
В качестве модели для изучения исследователи выбрали личинок мясных мух семейства Calliphoridae, обитающих в среде, максимально загрязненной патогенной для человека микрофлорой. Оказалось, что антибактериальная защита у этих насекомых включает комбинацию десятков антимикробных пептидов четырех семейств (дефензины, цекропины, диптерицины, пролин-богатые пептиды), настроена на борьбу именно с патогенами человека, характерными для их среды обитания (энтеробактериями, стафилококками и др.) и отличается по крайней мере одной уникальной особенностью: многие бактерии не в состоянии приобрести устойчивость к комплексу этих пептидов в условиях, в которых они быстро становятся устойчивыми к обычным антибиотикам.
По словам Сергея Черныша, попытка создать комбинацию синтетических пептидов, имитирующих свойства природной композиции, будет обречена на неудачу, поскольку современные методы исследования позволяют разрабатывать бинарные (максимум, тройные) комбинации, но не комбинации десятков соединений. Производство таких препаратов методами химического и генно-инженерного синтеза будет технически и экономически неосуществимым.
«Для решения этой задачи мы разработали и использовали принципиально иной подход. Можно назвать его технологией параллельного биосинтеза, в которой весь необходимый набор пептидов синтезируется клетками иммунной системы насекомых и подвергается очистке с сохранением состава и соотношения природных антимикробных пептидов», — рассказывает руководитель гранта.
Проведенные исследования показали, что получаемый таким образом препарат эффективно разрушает резистентные к антибиотикам биопленки различных типов. Эксперименты на модельных биопленках показали, что препарат перспективен для лечения наиболее распространенных инфекций, вызываемых энтеробактериями, стафилококками, ацинетобактером и, вероятно, многими другими возбудителями трудноизлечимых (или неизлечимых в настоящее время) заболеваний.
