Устойчивость бактерий к антибиотикам является одной из самых сложных проблем современной медицины. В исследовании, результаты которого были недавно опубликованы в журнале Nature Chemical Biology, ученым из Albert Einstein College of Medicine of Yeshiva University удалось показать, что могут быть созданы токсичные для бактерий соединения, которые при этом не вызывают их привыкания.

Соединения работают против двух распространенных патогенов: холерного вибриона, вызывающего холеру, и штамма кишечной палочки (E. coli) 0157:Н7, которая, загрязняя продукты, только в США служит причиной 110 000 тяжелых отравлений и 50 смертей ежегодно.

Процессор биохимии Верн Шрамм (Vern Schramm), руководивший этой работой, объясняет, что большинство антибиотиков, применяемых сегодня, действительно очень хорошо работают, убивая более 99,9% бактерий, на которых они направлены. Тем не менее, в результате мутаций и селекционного давления, которое вызывает антибиотик, несколько бактериальных клеток обычно выживает, впоследствии восстанавливая численность бактерий и образуя штамм, уже устойчивый к данному антибиотику. По этой причине постоянно требуются все новые и новые разновидности антибиотиков.

Научная группа Верна Шрамма пошла иным путем, нежели другие исследователи. Ученые предположили, что принципиально новый антибиотик должен снижать инфекционность бактерий, а не убивать их. Такая стратегия действия должна минимизировать риск развития у бактерий устойчивости.

Ранее исследователи из Industrial Research Ltd., сотрудничающие с Шрамом, сообщили о создании аналога фермента, нарушающего систему химической связи бактерий (т.н. «quorum sensing») через особые сигнальные молекулы, называемые аутоиндукторами. Аутоиндукторы координируют экспрессию бактериального генома и регулируют процессы, ответственные за интенсивный рост бактериального сообщества. Под контролем аутоиндукторов находится также и вирулентность. Нарушения системы химической коммуникации бактерий приводят к существенному снижению их вирулентности.

Основываясь на этих данных, исследователи поставили своей целью не уничтожение холерного вибриона и кишечной палочки, а нарушение химического «общения» бактерий в колониях. Для этого «общения» крайне важен бактериальный фермент MTAN (methylthioadenosine nucleosidase), который задействован в синтезе аутоиндукторов, а, следовательно, и в осуществлении «quorum sensing». Было решено разработать синтетический субстрат, который связывал бы MTAN лучше, чем естественный. Синтетический субстрат должен был связывать бактериальный фермент так хорошо, чтобы ингибировать продукцию аутоиндукторов.

Чтобы разработать такое соединение, исследователи сначала смоделировали так называемый процесс транзиции фермента – короткий (длящийся одну миллиардную долю секунды) временной промежуток, когда субстрат оказывается в активном центре фермента и преобразуется в другое вещество. Заметим, что научная группа профессора Шрамма была первой, кто начал синтезировать соединения, блокирующие именно этот этап работы ферментов. Ранее они разработали соединение фородезин (forodesine), который блокирует один из ферментов, ответственный за развитие Т-клеточных неоплазий. Сейчас фородезин проходит фазу IIb клинических испытаний для терапии кожной Т-клеточной лейкемии.

В новой работе исследователи синтезировали три ингибитора химической коммуникации бактерий. Все три соединения были высоко активны в блокировании межклеточных взаимодействий как холерного вибриона, так и кишечной палочки 0157:H7. Чтобы выяснить, вырабатывается ли у бактерий устойчивость, было проанализировано 26 поколений бактериальных клеток, подвергавшихся воздействию используемых веществ. Выяснилось, что 26-е поколение оказалось столь же чувствительно к ним, как и исходная культура. Таким образом, эффективность антибиотиков нового типа не снижалась со временем.

Многие бактериальные патогены, такие как S. pneumoniae, N. meningitides, Klebsiella pneumoniae и Staphylococcus aureus экспрессируют фермент MTAN – по-видимому, их инфекционность также может быть снижена с помощью новых антибиотиков. Профессор Шрамм пояснил, что в его лаборатории было создано более 20 потенциальных ингибиторов MTAN, все из которых должны быть безопасны для человека.

Новые антибиотики были лицензированы для дальнейших испытаний. В дальнейшем ими будет заниматься фармацевтическая компания Pico Pharmaceuticals, представители которой заявили, что уже в ближайшее время будут начаты клинические испытания препаратов на их основе.

Оригинальная статья: Gutierrez et al. Transition state analogs of 5′-methylthioadenosine nucleosidase disrupt quorum sensing. Nature Chemical Biology, March 8, 2009; DOI: 10.1038/nchembio.153

По материалам: Albert Einstein College of Medicine