Осиный яд против бактерий
На основании результатов системного исследования антимикробных свойств токсина, входящего в состав яда южноамериканской осы, исследователи Массачусетского технологического института разработали несколько вариантов пептида, обладающего мощным антимикробным действием и безвредного для клеток человека.
Иммунная система всех организмов, в том числе человека, продуцирует пептиды, способные уничтожать бактерии. В поисках решения проблемы устойчивых к антибиотикам бактерий многие исследователи пытаются адаптировать такие пептиды для применения в медицине.
Множество обладающих антибактериальными свойствами соединений содержится в яде насекомых, таких как осы и пчелы. Однако, к сожалению, многие из этих веществ токсичны для человека, что делает их непригодными для применения в качестве антибактериальных препаратов.
Авторы обратили свое внимание на один из содержащихся в яде южно-американской осы Polybia paulista пептидов, обладающих антибактериальным действием. По словам одного из руководителей работы, доктора Цезаря де ла Фуенте-Нуньеза (Cesar de la Fuente-Nunez), небольшой размер молекулы этого пептида – всего 12 аминокислот – позволил модифицировать максимально возможное количество аминокислотных остатков для выяснения вклада каждого из компонентов молекулы в ее антимикробную активность и токсичность. Подобно большинству других антимикробных пептидов, выбранное соединение убивает бактерии посредством разрушения их клеточных мембран. Взаимодействие пептида с клеточными мембранами бактерий обеспечивается односпиральной структурой его молекулы.
На первом этапе работы исследователи создали несколько десятков модификаций исходного пептида, после чего оценили влияние внесенных изменений на спиральную структуру и гидрофобность пептидов, также влияющую на их взаимодействие с клеточными мембранами. После этого пептиды протестировали на семи штаммах бактерий и двух штаммах грибков, что позволило вычислить корреляцию между их структурой, а также физико-химическими свойствами и антимикробной активностью.
На основе идентифицированных структурно-функциональных взаимосвязей было сконструировано еще несколько десятков пептидов для дальнейшего тестирования, которое позволило установить оптимальное соотношение количества гидрофобных аминокислот и положительно заряженных аминокислот. Помимо этого был идентифицирован кластер аминокислот, любые изменения которого нарушают общую функциональность молекулы.
Токсичность пептидов оценивали на культуре клеток эмбриональных почек человека. Наиболее перспективные молекулы были отобраны для экспериментов на мышах, инфицированных резистентным к традиционным антибиотикам штаммом бактерий Pseudomonas aeruginosa, вызывающих серьезные инфекции респираторного и мочевыводящего трактов. Некоторые из протестированных пептидов подавляли течение инфекции, тогда как один из них в высокой дозе за 4 дня полностью избавлял организм животных от бактерий.
В настоящее время авторы работают над созданием дополнительных вариантов пептидов в надежде на то, что они смогут справляться с инфекцией в более низких дозах. Помимо этого Фуенте-Нуньез планирует применить разработанный подход к другим типам природных пептидов, обладающих антимикробными свойствами.
Статья Marcelo D. T. Torres et al. Structure-function-guided exploration of the antimicrobial peptide polybia-CP identifies activity determinants and generates synthetic therapeutic candidates опубликована в журнале Nature Communications Biology.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Massachusetts Institute of Technology: MIT engineers repurpose wasp venom as an antibiotic drug.