Жвачная перспектива: вещества из организма антилоп помогут победить инфекции

Как неизвестное ранее семейство пептидов эффективно уничтожает бактериальные клетки
Денис Гриценко
Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ

Российские ученые обнаружили и изучили неизвестное ранее семейство пептидов, которые обладают уникальными антимикробными свойствами и могут стать основой для нового вида антибиотиков. В природе вещество синтезируется в организмах жвачных животных и предназначено для их защиты от инфекций. Попадая в клетку бактерии, соединение закупоривает пептидный канал, через который должен выходить синтезируемый рибосомой белок. Это приводит к смерти микроба. По словам разработчиков, препарат на основе такого вещества будет способен обходить многие механизмы резистентности бактерий и очень быстро действовать.

Новое семейство соединений

Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» (в том числе отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ КИ — ПИЯФ) вместе с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова и МГУ им. М.В. Ломоносова обнаружили и изучили ранее неизвестное семейство антимикробных пептидов, которые в перспективе могут стать основой для создания нового, более эффективного вида антибиотиков. Подобные вещества синтезируются в организмах многих животных для защиты своих хозяев от бактериальных инфекций и уже доказали свою эффективность в ходе эволюции. Ученые назвали новое семейство соединений — румицидины (от латинского Ruminantia — жвачные), так как они были обнаружены у антилоп. При помощи современного арсенала методов румицидины подверглись тщательному исследованию как со структурной, так и с функциональной точки зрения для детального определения механизма их действия на бактерии.

Ученые обнаружили ранее неизвестное семейство антимикробных пептидов, которые могут стать основой для создания более эффективного вида антибиотиков
Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ

— Наши коллеги обнаружили, что в генотипе жвачных есть участки, которые могут отвечать за наработку этих антимикробных пептидов. Они состоят примерно из 30 аминокислот и нарушают работу бактериальной рибосомы — молекулярного комплекса, который синтезирует белки и поставляет их в клетку через выходной пептидный канал. Румицидин «залезает» в этот канал и вызывает закупоривание рибосомы, то есть как минимум механически препятствует прохождению нового растущего белка. Но, как оказалось, антимикробный пептид нарушает и сам процесс синтеза белка на рибосоме. А белки выполняют все функции в организме: строительные, транспортные, ферментативные. Соответственно, бактериальная клетка погибает, — сказала старший научный сотрудник отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Елена Полесскова.

Как пояснила специалист, действие большей части антибиотиков связано с нарушением работы именно бактериальной рибосомы. Но обычно используются малые молекулы, а новый пептид гораздо больше их по размерам.

Старший научный сотрудник отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Елена Полесскова
Фото: НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ

— Структурное исследование румицидинов проводилось методом криогенной электронной микроскопии на базе Ресурсного центра Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Наша подгруппа выяснила, как именно румицидин располагается в выходном канале, были обнаружены контакты, которые он образует с частями рибосомы. Это ключевая информация, потому что позволяет предположить, какие элементы важны для этого взаимодействия, а какие не так принципиальны. Мы можем изменить последовательность антимикробного пептида для того, чтобы, например, усилить прочность его контактов с каналом, или можем вводить какие-то модификации,— отметила Елена Полесскова.

Ученым еще предстоит выбрать наиболее подходящий для использования в лекарственных средствах вариант пептида. А также определить, какие изменения в нем помогут ему лучше проникать в клетки.

Практическое применение румицидинов

Исследования румицидинов крайне важны, так как антимикробные пептиды способны обходить многие механизмы резистентности бактерий, не являются токсичными, легко синтезируются и обладают высокой скоростью действия. Соединение подтвердило высокую эффективность на модели инфекции животных и отсутствие побочных эффектов в отношении человеческих клеток in vitro. Сейчас научная работа по их изучению продолжается, пояснили ученые.

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Эдуард Корниенко

По их словам, путь от лаборатории до аптеки открытая активная молекула обычно преодолевает за десятилетие. На первом этапе в ходе лабораторных экспериментов определяется механизм действия соединения. Затем проводятся доклинические исследования, доказывающие эффективность и отсутствие токсичности, на грызунах или на других лабораторных животных. После этого начинаются клинические исследования на людях, состоящие из нескольких этапов. Только в случае их успешного прохождения вещество становится лекарством.

Антимикробные пептиды изучают достаточно давно, и они очень перспективны, так как к ним чувствителен широкий спектр бактерий, включая антибиотикорезистентные штаммы, отметил старший научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков. Эти соединения, вероятно, будут лечить инфекции, для которых пока нет лекарств.

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Волков

— В отличие от обычных антибиотиков, которые метабилизируются и проходят через печень и почки, эти молекулы не оказывают негативного влияния на организм человека и безопасны для терапевтического использования. Их уже протестировали на животных, и сейчас речь идет о лечебной практике у людей, — сказал он.

У бактерий встречаются некоторые мутации, которые теоретически могут привести к устойчивости против румицидинов. Но эти молекулы связываются с каждой бактерией уникально, поэтому выработать типическую устойчивость против них им будет очень сложно, подчеркнул специалист.

— Препараты такого рода однозначно нужны медикам, так как антибиотикорезистентность — одна из главных проблем современной медицины, — сказал доцент кафедры инфекционных болезней РУДН Сергей Вознесенский.

Количество таких бактерий, которые пока неизвестно чем лечить, становится всё больше. Это касается, например, туберкулеза, добавил он.