Грибки, обитающие на коже человека, могут стать источником новых антибиотиков

Исследователи из Университета Орегона обнаружили молекулу, вырабатываемую дрожжами, живущими на коже человека, которая проявила мощные антимикробные свойства против патогена, ответственного за полмиллиона госпитализаций ежегодно только в Соединенных Штатах.

Это уникальный подход к решению растущей проблемы бактерий, устойчивых к антибиотикам. Учитывая глобальную угрозу инфекций, устойчивых к лекарствам, грибки, населяющие кожу человека, являются неиспользованным ресурсом для выявления новых антибиотиков, сказала Кейтлин Ковальски, научный сотрудник UO, которая руководила исследованием.

Описанный в статье, опубликованной в Current Biology, распространенный кожный грибок Malassezia поглощает масло и жиры на коже человека, чтобы производить жирные кислоты, которые избирательно уничтожают Staphylococcus aureus. У каждого третьего человека Staphylococcus aureus безвредно обитает в носу, но эти бактерии являются фактором риска серьезных инфекций, когда им предоставляется такая возможность: открытые раны, ссадины и порезы. Они являются основной причиной инфекций кожи и мягких тканей, известных как стафилококковые инфекции.

Золотистый стафилококк также является больничным супербактерием, печально известным своей устойчивостью к современным антибиотикам, что повышает острую потребность в новых лекарствах.

«Существует множество исследований, в которых идентифицируются новые структуры антибиотиков, — сказала Ковальски, — но самое забавное и интересное в нашем исследовании то, что мы идентифицировали соединение, которое хорошо известно и которое люди изучали ранее».

В обычных лабораторных условиях это соединение нетоксично, но может быть эффективным в условиях, имитирующих кислотную среду здоровой кожи.

«Я думаю, именно поэтому в некоторых случаях мы могли упустить подобные антимикробные механизмы», — добавила Ковальски, — «потому что pH в лаборатории был недостаточно низким. Но человеческая кожа действительно кислая».

Люди являются хозяевами колоссального множества микроорганизмов, известных как микробиом, но мы мало знаем о наших резидентных грибах и их вкладе в здоровье человека, сказала Ковальски. Микробиом кожи представляет для нее особый интерес, потому что в то время как другие части тела переполнены десятками различных грибков, кожа в основном заселена одним видом, известным как Malassezia.

Malassezia может быть связана со случаями перхоти и экземы, но она считается относительно безвредной и нормальной частью флоры кожи. Дрожжи эволюционировали, чтобы жить на коже млекопитающих, настолько, что они не могут производить жирные кислоты без липидов — масел и жиров, — выделяемых кожей.

По словам Ковальски, несмотря на обилие обнаруженных на людях бактерий рода Malassezia, они остаются недостаточно изученными.

«Кожа — это параллельная система того, что происходит в кишечнике, и это действительно хорошо изучено», — сказала она. «Мы знаем, что кишечный микробиом может изменять соединения хозяина и создавать свои собственные уникальные соединения с новыми функциями. Кожа богата липидами, и микробиом кожи перерабатывает эти липиды, чтобы также производить биоактивные соединения. Так что же это означает для здоровья и заболеваний кожи?»

Изучая образцы кожи здоровых доноров и эксперименты, проведенные с клетками кожи в лаборатории, Ковальски обнаружил, что грибковый вид Malassezia sympodialis преобразовывал липиды хозяина в антибактериальные гидроксижирные кислоты. Жирные кислоты выполняют различные функции в клетках, но в частности являются строительными блоками для клеточных мембран.

Гидроксижирные кислоты, синтезируемые Malassezia sympodialis, были подобны детергентам, разрушая мембраны Staphylococcus aureus и вызывая утечку его внутреннего содержимого. Атака предотвратила колонизацию Staphylococcus aureus на коже и в конечном итоге убила бактерии всего за 15 минут, сказала Ковальски.

Но грибок — не волшебная палочка. После достаточного воздействия бактерии стафилококка в конечном итоге становятся толерантными к грибку, как это происходит при чрезмерном использовании клинических антибиотиков.

Изучая их генетику, исследователи обнаружили, что бактерии развили мутацию в гене Rel, который активирует реакцию бактерий на стресс. Подобные мутации ранее были выявлены у пациентов с инфекциями Staphylococcus aureus.

Результаты показывают, что среда обитания бактерий и их взаимодействие с другими микробами могут влиять на их восприимчивость к антибиотикам.

«Растет интерес к применению микробов в качестве терапевтического средства, например, добавлению бактерий для предотвращения роста патогена», — сказала Ковальски. «Но это может иметь последствия, которые мы еще не до конца поняли. Хотя мы знаем, что антибиотики приводят к развитию резистентности, это не учитывалось, когда мы думали о применении микробов в качестве терапевтического средства».

Хотя это открытие добавляет уровень сложности к разработке лекарственных препаратов, Ковальски заявила, что ее воодушевляет потенциал резидентных грибов как нового источника будущих антибиотиков.

Выявление антимикробных жирных кислот заняло три года и потребовало междисциплинарных усилий. Ковальски сотрудничал с химиками-микробиологами из Университета Макмастера, чтобы отследить соединение.

«Это было похоже на поиск иголки в стоге сена, но с молекулами, которые вы не видите», — сказал научный руководитель Ковальски Мэтью Барбер из Университета Огайо.

Ковальски работает над последующим исследованием, которое углубит генетические механизмы, которые привели к устойчивости к антибиотикам. Она также готовится открыть собственную лабораторию для дальнейшего изучения упущенной из виду роли микробиома кожи, отделившись от лаборатории Барбера после того, как она сосредоточила внимание на грибках.

«Антибиотикорезистентные бактериальные инфекции представляют собой серьезную угрозу здоровью человека, и в некотором смысле ситуация ухудшается», — сказал Барбер. «Нам еще предстоит много работы по изучению микроорганизмов, а также по поиску новых способов лечения или профилактики этих инфекций».