Трепещи, инфекция! Ученые создали принципиально новый антибиотик
Полусинтетический антибиотик нового класса, эффективный даже против самых злостных инфекций, разработали американские исследователи из корпорации Genentech. Статья с детальным описанием открытия опубликована 13 сентября в научном журнале Nature.
Ученые отталкивались от структуры ариломицина — природного «прото-антибиотика» из бактерий-стрептомицетов. Это соединение in vitro (вне живого организма — прим. ИА Красная Весна) подавляет активность сигнальной пептидазы I типа — одного из ключевых бактериальных ферментов. В то же время оно малоэффективно против самих болезнетворных бактерий, особенно грамотрицательных возбудителей с множественной лекарственной устойчивостью.
Исследователи внесли в молекулу ариломицина несколько изменений. Во-первых, концевой углеводородный «хвост» стал короче, а прилегающую к нему аминокислотную триаду заменили остатком диаминобутановой кислоты. Также ученые защитили два фенольных гидроксила, «навесив» на каждый из них по аминоэтильной группе. Наконец, к свободной COOH-группе присоединили 2-аминоацетонитрильный заместитель. Полученное соединение под кодовым названием G0775 эффективно подавляет, в отличие от своего естественного прототипа, большой спектр грамотрицательных бактерий.
Для нового антибиотика не существует «авторитетов» среди болезнетворных микроорганизмов. К нему чувствительны все шесть особо «злостных» патогенов из группы «ESKAPE», названные так по первым буквам видовых названий. В их числе — грамотрицательные бактерии Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa, которых почти «не берут» существующие антибиотики ни по отдельности, ни в комбинациях.
Исследователи не заметили, чтобы к новому антибиотику у бактерий вырабатывалась существенная лекарственная устойчивость. Это означает, что мутации в структуре сигнальной пептидазы слабо влияют на способность G0775 подавлять этот фермент, чего не скажешь про исходный ариломицин. Причина тому — принципиально разные механизмы связывания с пептидазой.
Отметим, что бактерии подразделяются на грамотрицательные и грамположительные в зависимости от того, насколько устойчиво они окрашиваются реактивом Грама. Первые обесцвечиваются при промывке, поскольку красителю не дает проникнуть внутрь клетки дополнительная внешняя мембрана. Инфекции, вызываемые грамотрицательными бактериями, гораздо труднее вылечить, потому что белковые мишени традиционных антибиотиков оказываются спрятаны под этой мембраной.
Отметим также, что сигнальная пептидаза I типа отщепляет от созревающих белков концевые фрагменты, без чего эти белки не могут добраться до «мест назначения» внутри бактериальной клетки. У грамположительных бактерий этот фермент присутствует на поверхности клетки, а у грамотрицательных — под внешней мембраной. На его подавлении с помощью новых антибиотиков фармакологи пытаются сыграть в течение 20 последних лет.
Особые надежды на этот счет связывались с открытием в 2007 году природных ариломицинов. Однако против грамотрицательных бактерий эти соединения оказались, вопреки ожиданиям, неэффективны. Сначала полагали, что ариломицины попросту не проникают сквозь внешнюю мембрану. Однако вскоре выяснилось, что причина в ином: микроорганизмы быстро вырабатывают устойчивость к этим веществам за счет мутаций в структуре сигнальной пептидазы.
Разработка полусинтетического ариломицина широкого спектра действия — подлинно революционное событие в медицинской химии. Достаточно сказать, что это первый антибиотик за последние 50 лет, подобранный к новой мишени: в течение полувека фармакологи в основном лишь варьировали структуру существующих лекарств.
Еще важнее, что новый антибиотик «обходит» традиционные механизмы, за счет которых грамотрицательные бактерии со временем приобретают лекарственную устойчивость почти ко всем препаратам. Уникальная особенность G0775 наверняка приблизит ученых к разрешению этой проблемы, из-за который им до сих пор приходилось бесконечно усовершенствовать существующие антибиотики.
