Исследователи обнаружили новую молекулу-антибиотик, которая воздействует на широкий спектр болезнетворных бактерий — даже на штаммы, устойчивые к коммерческим препаратам. Молекула не токсична для клеток человека. Работа опубликована в журнале Nature.
Ученые нашли на заднем дворе абсолютно новый антибиотик
Исследователи обнаружили новую молекулу-антибиотик, которая воздействует на широкий спектр болезнетворных бактерий — даже на штаммы, устойчивые к коммерческим препаратам. Молекула не токсична для клеток человека.
Один из видов бактерий Paenibacillus обладает мощной антибактериальной активностью против некоторых патогенных бактерий, таких как Escherichia coli. Clouds Hill Imaging Ltd/Science Photo Library
Поиск новых антибиотиков необходим, поскольку бактерии приобретают устойчивость к существующим препаратам при постоянном использовании. В 2021 году устойчивость бактерий к противомикробным препаратам была связана с 1,1 миллиона смертей во всем мире, и эта цифра может увеличиться до 1,9 миллиона к 2050 году.
Молекула была обнаружена в образцах почвы, собранных в саду лаборанта. Открытие показывает, что «есть потрясающе интересные вещи, скрывающиеся на виду», — говорит Ким Льюис, микробиолог из Северо-Восточного университета в Бостоне, которая не принимала участия в исследовании. — «Им, конечно, повезло, но они знали, что искать».
Молекула воздействует на машину по производству белка бактерий — рибосому, таким образом, как другие антибиотики не действуют. Рибосома является привлекательной мишенью для антибиотиков, поскольку бактерии нелегко вырабатывают устойчивость к препаратам, воздействующим на эту структуру, добавляет Льюис.
«Кризис устойчивости к антибиотикам является экзистенциальной угрозой для медицины», — говорит соавтор работы Джерри Райт биохимик из Университета Макмастера в Гамильтоне, Канада.
Садовые бактерии
Модель рибосомы Escherichia coli. Именно эту рибосому атакует новый антибиотик. Красным цветом выделена большая субъединица, синим — малая субъединица. Более светлым оттенком показаны рибосомные белки, более темным — рибосомные РНК.
Райт и его коллеги решили найти микробов, которые используют ранее неизвестные приемы для уничтожения патогенов. Они собрали образцы почвы в чашках Петри со средой для роста и хранили их в течение года. Затем исследователи подвергли микробы из этих образцов воздействию Escherichia coli, распространенной кишечной бактерии, которая может вызывать серьезные заболевания. Один образец показал мощную антибактериальную активность — у вида, принадлежащего к роду Paenibacillus.
Дальнейшие раунды скрининга, секвенирования генома и структурного анализа показали, что бактерия производит молекулу, которая принадлежит к группе пептидов, образующих узел в форме лассо. Эти пептиды известны своей прочностью и, вероятно, даже могут выживать после переваривания. «Это хорошая, действительно компактная и невероятно прочная структура», — говорит Райт.
Молекула, которую исследователи назвали лариоцидином, связывается с рибосомой, а также с транспортной РНК, которая снабжает рибосому аминокислотными строительными блоками, необходимыми для связывания пептидных цепей. Тем самым молекула препятствует правильному считыванию генетического кода и повреждает сам код. В итоге рибосома производит неправильные пептиды, некоторые из которых, вероятно, оказываются токсичными для бактерии и убивают ее, говорит Льюис. И поскольку лариоцидин использует другой способ действия, чем другие антибиотики, патогены еще не выработали к нему устойчивость, добавляет Льюис.
Убийца патогенов
Два скопления аэробных грамотрицательных бактерий Acinetobacter baumannii.
В исследованиях клеток лариоцидин замедлил рост ряда распространенных бактериальных патогенов, включая многие штаммы с множественной лекарственной устойчивостью. И авторы не увидели никаких доказательств токсичности для человеческих клеток.
Исследователи также использовали лариоцидин для лечения мышей, инфицированных Acinetobacter baumannii C0286, который устойчив к карбапенемам, считающимся антибиотиками последней инстанции. Нелеченые мыши не выживали более 28 часов после заражения, но леченые мыши все еще были живы через 48 часов и имели более низкий уровень бактерий в крови.
Райт говорит, что он и его коллеги сейчас работают над повышением эффективности молекулы как потенциального лекарства. Ученые хотят увеличить эффективность, чтобы для уничтожения бактерий требовались меньшие дозы. Потребуется провести еще много исследований, прежде чем молекула сможет стать лекарством, которое можно использовать для людей, включая изучение того, как она накапливается в организме и как выводится.