Новая идея для антибиотика: предотвращение бактериальной «липкости»

Исследователи из группы Дирка Линке на факультете бионаук Университета Осло предлагают новый метод борьбы с бактерией Yersinia enterocolitica, вызывающей тяжелую диарею у примерно 10 миллионов детей ежегодно — в основном в беднейших странах мира. Эта стратегия должна дать фармацевтической отрасли новое оружие в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями, что является крупной проблемой как в богатых, так и в бедных странах. Её также можно использовать для предотвращения прикрепления бактерий к протезам и имплантатам и образования крупных колоний — биоплёнок.

Кроме того, исследователи видят несколько возможных применений в промышленности, например, в судоходстве и аквакультуре, где бактерии и биоплёнки могут быть большой проблемой. Речь идёт о совершенно новом способе атаки на бактерии.

«Чтобы вызвать инфекцию, бактерии должны сначала прикрепиться к поверхности, например, к клеткам нашего тела. То же самое происходит, когда бактерии образуют биоплёнки — они должны прикрепиться к поверхности. Бактерии эволюционировали ряд приёмов, которые делают это возможным», — говорит профессор Дирк Линке.

Один из таких трюков — производство очень липких молекул, называемых адгезинами, которые покрывают поверхность бактериальной клетки. Таким образом, бактерия может использовать адгезины для прикрепления к субстрату или для образования биоплёнки, прикрепляясь к другим бактериям. «Вмешиваясь в производство адгезинов, мы потенциально можем бороться с инфекциями уже на начальной стадии — то есть до появления симптомов», — говорит постдок Марселла Орвик-Ридмарк.

Адгезины — это длинные, похожие на волосы белки с липким кончиком. Эти «волоски» могут расти так плотно, что более или менее покрывают поверхность бактериальной клетки, как будто бактерия покрыта липучкой. Дирк Линке и его команда исследователей, включая Марселлу Орвик-Ридмарк и Даниэля Хатлема, теперь описывают, как адгезины производятся внутри бактериальных клеток и транспортируются на поверхность. Они также изучили, как можно заблокировать этот процесс. Результаты опубликованы в Molecular Microbiology.

Исследователи полагают, что блокировка транспорта адгезинов на поверхность клетки на практике лишит бактерии способности к чему-либо прикрепляться, образовывать биоплёнки или вызывать инфекции.

Долгая работа

За этим новым открытием стоит десять лет упорного труда. Адгезины Yersinia, изученные в этом конкретном проекте, были обнаружены почти 10 лет назад, и именно в последние два года группа Дирка Линке обнаружила, как они транспортируются к поверхности клетки и как можно генетически заблокировать этот процесс.

Исследователи считают, что эти открытия имеют далеко идущие последствия, поскольку адгезины важны при других заболеваниях, таких как туберкулёз, чума и муковисцидоз. Искусственные тазобедренные суставы и другие хирургические имплантаты также могут покрываться биоплёнками, что может вызывать серьёзные инфекции и в конечном итоге приводить к удалению имплантатов, что болезненно и дорого. Также относительно часто у людей с инфекциями мочевыводящих путей развиваются похожие на биоплёнки структуры внутри клеток вдоль мочевыводящих путей, которые могут служить резервуаром для новых инфекций.

«Поэтому мы считаем, что это крупный шаг вперёд, когда мы теперь показали, как можно блокировать производство адгезинов у бактерии. Но я хочу подчеркнуть, что до появления нового лекарства ещё потребуется время. Возможно, нам понадобится ещё от пяти до 10 лет продолженной исследовательской и опытно-конструкторской работы», — говорит Линке.

Мутации предотвращают образование молекул адгезина

Исследователи описывают, как белки-адгезины производятся Yersinia enterocolitica. Они также изучили, какие части белка являются центральными во время транспорта изнутри бактерии к клеточной мембране. Кроме того, исследователи внесли мутации, блокирующие этот процесс.

«Мы значительно продвинулись в понимании того, какую часть белка-адгезина можно заблокировать с помощью мутаций. Следующий шаг — разработать молекулу, которая связывается с этой частью белка, и это может стать будущим лекарством. Это становится довольно классическим проектом по разработке, который у нас есть хорошие возможности реализовать здесь, в UiO и Норвежском центре молекулярной медицины», — говорит Линке.

Марселла Орвик-Ридмарк подчёркивает, что бактерии не погибают, если на них воздействовать лекарством, которое только разрушает производство адгезина. Это может быть даже преимуществом, потому что у бактерий меньше шансов развить новые защитные механизмы в ходе эволюции. Бактерия, не способная производить адгезин, всё ещё может размножаться.

«Ранее не было разработано лекарств, атакующих эти молекулы адгезина. Это означает, что бактерии не могут использовать ни один из старых приёмов, которые они выработали для защиты от антибиотиков», — добавляет она. Кроме того, лекарства, нацеленные на молекулы адгезина, можно использовать в комбинации с классическими антибиотиками, что приведёт к ещё лучшим результатам для пациента с инфекцией.

Биоплёнки повсюду

Исследователи из UiO уже получили значительный отклик от других заинтересованных учёных. В течение ближайших месяцев они, среди прочего, представят новые результаты на нескольких научных конференциях.

Биоплёнки более распространены, чем многие могут подумать. Например, кольца, образующиеся в унитазах и ваннах, являются примерами биоплёнок, как и зубной налёт. Биоплёнки также существуют практически везде в природе, где есть твёрдая поверхность, окружённая водой. Вы, вероятно, замечали, что камни в проточной воде могут быть очень скользкими — это связано с биоплёнками, содержащими множество видов бактерий. Но это не те биоплёнки, на которые Линке, Хатлем и Ридмарк планируют нацелиться — пока.