Ученые исследовали антимикробные пептиды человека, их количество, необходимое для уничтожения возбудителя болезни, и степень влияния на те или иные бактерии. На основе результатов была предложена новая стратегия борьбы с патогенными бактериями, устойчивыми к антибиотикам. В дальнейшем такие исследования помогут создать новые противомикробные лекарства и методы лечения, основанные на применении антимикробных пептидов. Исследование проведено при поддержке Президентской программы Российского научного фонда (РНФ).
По данным ВОЗ, устойчивость к антибиотикам — это одна из наиболее серьезных угроз для здоровья человечества, продовольственной безопасности и развития. Все больше бактериальных инфекционных заболеваний — например, пневмонию, туберкулез, гонорею и сальмонеллез — становится труднее лечить из-за снижения эффективности антибиотиков.
«Борьба с бактериями, которые не чувствительны к современным препаратам, очень важна. Это связано, во-первых, с растущей летальностью — каждый год более 700 тыс. человек умирает от инфекций, устойчивых к антибиотикам, уже к середине XXI века эта цифра достигнет 10 млн смертей каждый год. Во-вторых, устойчивые к антибиотикам бактерии несут колоссальный экономический ущерб системе здравоохранения: пациенты с такими инфекциями гораздо дольше лежат в стационаре, у них выше риск летального исхода, выше риск развития побочных эффектов в связи с длительностью лечения. Очевидно, что нам нужен принципиально новый подход к борьбе с антибиотикоустойчивыми возбудителями»,— отмечает Альберт Болатчиев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат медицинских наук, сотрудник Ставропольского государственного медицинского университета.
Один из видов противомикробных препаратов будущего — антимикробные пептиды. Это фрагменты белков, которые вырабатывают живые организмы для борьбы с разными инфекциями. Сотрудник Ставропольского государственного медицинского университета исследовал, как с микробами борются антимикробные пептиды человека дефензины, а именно HNP-1, hBD-1 и hBD-3. Эти пептиды были выбраны как наиболее перспективные, поскольку они действуют на самые разные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы).
Противомикробные пептиды человека предложили использовать вместе с антибиотиками для лечения бактериальных инфекций
Противомикробные пептиды человека предложили использовать вместе с антибиотиками для лечения бактериальных инфекций
Хотя прежде другие ученые проводили исследования этих пептидов, и оставались неясными конкретные цифры. Например, какое минимальное количество лекарства необходимо для уничтожения конкретного возбудителя — золотистого стафилококка или кишечной палочки — или какая фракционная концентрация необходима для борьбы с большим числом бактерий с разной степенью устойчивости к антибиотикам.
Противомикробное действие дефензинов автор статьи исследовал против 27 штаммов золотистого стафилококка и 24 штаммов кишечной палочки — в общей сложности было проанализировано более 50 различных штаммов данных
возбудителей. Для того чтобы проверить «силу» антибактериального действия дефензинов (а также их комбинации с антибиотиками), использовали стандартный метод серийных разведений, так называемый метод шахматной доски. Его простота и удобство в том, что можно визуально увидеть какая концентрация вещества необходима для подавления роста бактериальных колоний. Кроме того, применение методики позволяет оценивать комбинированное противомикробное действие двух веществ на бактериальных возбудителей.
«Простота и удобство метода заключается в том, что все видно на глаз. Само исследование занимает 48 часов. Конечно, есть и свои сложности — нужно очень много разных бактериальных штаммов, то есть бактерий одного вида, но с разными свойствами и с разной чувствительностью к антибиотикам. Чем больше разных штаммов, тем выше точность эксперимента»,— поясняет исследователь.
Так, ученому удалось показать, что если комбинировать антибактериальные препараты, например, рифампицин и амикацин вместе с дефензинами HNP-1 или hBD-3, то можно снизить количество первых в несколько раз. Это значит, что в перспективе мы сможем «вернуть» новую жизнь антибиотикам, которые утратили свою эффективность. Кроме того, выяснилось, что то, к каким именно антибиотикам устойчива конкретная бактерия (фенотип антибиотикорезистентности), никак не влияет на чувствительность изученных бактерий к антимикробным пептидам. Таким образом, для антимикробных пептидов (дефензинов) не имеет значения, насколько бактерии «сильны» против обычных антибиотиков — дефензины с одинаковой силой уничтожают любых возбудителей.
«Самое интересное, что мы выяснили,— это то, что даже если бактерия очень устойчива к разным антибиотикам, она все равно погибает при воздействии антимикробных пептидов»,— подчеркивает Альберт Болатчиев.
Альберт Болатчиев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат медицинских наук, сотрудник Ставропольского государственного медицинского университета
Альберт Болатчиев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат медицинских наук, сотрудник Ставропольского государственного медицинского университета
По словам ученого, полученные данные можно использовать для поиска и разработки новых стратегий преодоления резистентности к используемым в клинической практике противомикробным препаратам.
«Один из путей применения и внедрения антимикробных пептидов в медицину — поиск способов запустить синтез собственных пептидов человека в комбинации с введением “обычных” антибиотиков. Эта стратегия, с одной стороны, может обеспечить преодоление резистентности к антибактериальным препаратам, а с другой стороны, подарит недорогой способ терапии. Введение дефензинов в организм извне — это дорого, поскольку синтез пептидов сегодня — достаточно затратная технология. Мы же хотим в будущем сделать так, чтобы наш организм сам вырабатывал эти дефензины»,— рассуждает Альберт Болатчиев.
Сегодня еще много нерешенных вопросов, не позволяющих испытывать дефензины для лечения инфекций человека.
«Во-первых, это очень дорогие молекулы. Во-вторых, они быстро разрушаются, и их надо очень много. В-третьих, есть ограничения, связанные с их токсичностью в высоких дозах. Ученые рассматривают несколько решений этих задач. Так, можно вводить низкие дозы дефензинов в комбинации с обычными антибиотиками, что мы и показали. Кроме того, можно найти способы стимуляции синтеза собственных дефензинов — мы можем заставить наш организм вырабатывать больше пептидов. Также можно было бы разрабатывать новые — короткие и дешевые в производстве — модифицированные дефензины. Как раз в дальнейших исследованиях я планирую проверить данные предположения»,— заключает исследователь.
«Antibacterial Activity of Human Defensins against Staphylococcus Aureus and Escherichia Coli»; Albert Bolatchiev; журнал PeeJ — Life & Environment, ноябрь 2020 г