Ученые изобрели «изменяющий форму» антибиотик для борьбы со смертельными супербактериями

Распространение устойчивых к лекарствам «супербактерий», в том числе бактерий, которые эволюционировали, чтобы помешать даже самым сильнодействующим антибиотикам, представляет собой постоянно растущую угрозу для общественного здравоохранения. Теперь ученые изобрели новый тип антибиотика, который может уничтожать эти микробы, быстро перестраивая свои атомы и, таким образом, изменяя свою форму.

Исследователи описали первый из этих изменяющих форму антибиотиков в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. До сих пор они тестировали оборотня на личинках восковой моли ( Galleria mellonella ), обычной животной модели, используемой для проверки эффективности антибиотиков, но им еще предстоит дать препарат людям или другим млекопитающим.

Чтобы создать новый антибиотик, исследователи использовали «химию кликов» — высокоэффективные химические реакции, которые могут быстро и надежно «защелкнуть» различные химические строительные блоки вместе, как две половинки пряжки ремня безопасности. Старший автор исследования Джон Мозес, профессор Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) в Нью-Йорке, изучал эти сверхбыстрые реакции под руководством К. Барри Шарплесса, получившего одну из двух своих Нобелевских премий за роль в развитии клик-химии.

Согласно заявлению CSHL, новый антибиотик команды, по сути, объединяет существующий антибиотик под названием ванкомицин с молекулой под названием буллвален, атомы которой могут легко менять местами и, таким образом, образовывать более миллиона возможных конфигураций. Эта молекула, жонглирующая атомами, послужила идеальным ядром для нового антибиотика команды. К этому изменяющему форму ядру прикреплены две «боеголовки» ванкомицина, по одной на каждом конце.

Ванкомицин является сильнодействующим антибиотиком, используемым для лечения серьезных грамположительных бактериальных инфекций, то есть вызванных бактериями с определенным типом клеточной стенки. Чтобы убить эти микробы, лекарство связывается со стенкой бактериальной клетки и ослабляет ее, вызывая утечку содержимого клетки и гибель микроба. 

К сожалению, различные бактерии выработали устойчивость к ванкомицину. Эти устойчивые микробы включают устойчивые к ванкомицину энтерококки (VRE), которые в США вызвали примерно 54 500 инфекций среди госпитализированных пациентов и 5400 смертей в 2017 году, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний.

В новом исследовании, когда личинки восковой моли не получали лечения, около 90% умерли в течение недели после заражения VRE. Когда им давали стандартную дозу ванкомицина, недельная выживаемость мотыльков росла с 10% до 40%. Но когда им дали новый изменяющий форму препарат, их выживаемость подскочила до 70%. Для сравнения, около 70% здоровых личинок, получавших любой препарат, дожили до седьмого дня. 

Команда сообщила, что по сравнению с обычным ванкомицином препарат, меняющий форму, мог иметь в своем распоряжении больше инструментов для уничтожения бактерий. «Мы обнаружили, что наши соединения, изменяющие форму, могут иметь новый способ действия, включающий взаимодействие с ключевым ферментом под названием MurJ», — сказал Мозес. Этот фермент переносит строительные материалы изнутри клетки к клеточной стенке, что помогает бактериям размножаться. «Чтобы раскрыть всю картину, требуется гораздо больше исследований, но это, безусловно, интересное наблюдение», — сказал он.

И, что примечательно, согласно анализу команды, изменяющий форму антибиотик не привел к тому, что VRE стал устойчивым к препарату — обычно воздействие антибиотика подталкивает бактерии к выбору новых стратегий устойчивости, чтобы повысить свою выживаемость. Команда теоретизирует, что, часто меняя форму, лекарство может найти оптимальную конфигурацию для связывания со стенкой бактериальной клетки и, таким образом, вызвать наиболее смертоносные эффекты, не давая бактериям четкого пути отхода, чтобы избежать атаки. Но это пока гипотеза.

«В настоящее время мы не знаем, как именно новый антибиотик преодолевает резистентность», - сказал Мозес. «Но одно можно сказать наверняка, — добавил он, — бактерии никогда раньше не сталкивались с такими изменяющими форму препаратами, так что это создаст некоторый уровень хаоса в системе».

«Это исследование на ранней стадии, и в процессе нас ждет много сюрпризов, поскольку мы продолжаем изучать и разрабатывать препарат», — заключил Мозес.