Бактериальный побочный продукт предлагает путь к преодолению устойчивости к антибиотикам

Исследователи предложили возможное решение проблемы глобального распространения устойчивых к лекарствам бактерий. Оно использует собственные побочные продукты бактерий для их уничтожения.

В статье в журнале Nature Biotechnology сообщается, что учёные могут заставить бактерии увеличить выработку класса молекул, называемых активными формами кислорода (АФК). Это может либо убить бактерии напрямую, либо сделать их гораздо более уязвимыми к антибиотикам.

Бактерии в норме производят АФК в процессе роста. Небольшие количества не вредят им благодаря защитным ферментам, но избыток приводит к «окислительному стрессу». Исследователи решили использовать эту слабость.

Команда под руководством профессора Джеймса Коллинза из Бостонского университета, включая Марка Бринильдсена из Принстонского университета, проанализировала производство АФК с помощью тысяч математических моделей. Анализ выявил, что определённые ферменты позволяют бактериям снижать уровень производимых ими АФК.

«Это было то, что мы искали, — ферменты, удаление которых увеличивало производство АФК независимо от неопределённости в моделировании», — пояснил Бринильдсен.

Команда проанализировала относительно безвредный штамм бактерии E. coli. Используя компьютерную модель, они предсказали, какие гены, вероятно, участвуют в регуляции производства АФК. Затем они проверили предсказания, удалив эти гены у бактерий, и подтвердили, что у бактерий увеличилась выработка АФК и повысилась чувствительность к окислителям. Обработка этих бактерий антибиотиками показала, что они действительно стали более уязвимы.

В некоторых тестах исследователи добавляли карбоксин — химическое соединение, часто используемое как фунгицид, — который имитировал эффект изменения одного из генов. Они подтвердили, что это химическое вещество усиливает убивающий эффект распространённого антибиотика ампициллина.

Исследование подтвердило, что хотя сам карбоксин может не подходить в качестве лекарства, химические вещества с аналогичным эффектом можно использовать в сочетании с антибиотиками для повышения эффективности лечения инфекций, вызванных E. coli.

Одно из возможных преимуществ метода — повышение концентрации АФК позволяет существующим антибиотикам становиться более эффективными при более низких дозах. Это может сократить «окно селекции мутантов» — диапазон концентраций антибиотика, который слишком низок для уничтожения всех бактерий, но позволяет выжить устойчивым организмам.

«Этот метод делает антибиотики более мощными, поэтому, надеюсь, он уменьшит окно селекции мутантов», — сказал Бринильдсен.

Статья «Potentiating antibacterial activity by predictably enhancing endogenous microbial ROS production» была опубликована в январском выпуске 2013 года журнала Nature Biotechnology.