Ученые создали бактерицидные молекулы из яда осы

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новые мощные противомикробные молекулы на основе токсичных белков, содержащихся в яде осы. Цель — создание новых лекарств для борьбы с бактериями, что особенно актуально в условиях роста числа устойчивых к антибиотикам инфекций, таких как сепсис и туберкулез.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые модифицировали высокотоксичный малый белок (пептид) мастопара-L (mast-L) из яда обычной азиатской осы Vespula lewisii. Модификации усилили способность молекулы убивать бактериальные клетки, одновременно значительно снизив ее токсичность для человеческих клеток. В моделях на мышах новые молекулы защищали животных от летальных бактериальных инфекций.

Необходимость в новых препаратах критически высока: по данным CDC, ежегодно почти 3 миллиона американцев заражаются устойчивыми микробами, и более 35 000 умирают. Глобально проблема еще масштабнее: сепсис, по оценкам 2017 года, был причиной каждой пятой смерти в мире.

«Новые антибиотики срочно необходимы, а яды — неиспользованный источник потенциальных лекарств. Молекулы, полученные из яда, такие как созданные нами, станут ценным источником новых антибиотиков», — заявил старший автор исследования Сесар де ла Фуэнте.

Ключевые изменения:

• Ученые обнаружили в базе данных противомикробных пептидов короткий регион — пентапептидный мотив, связанный с высокой активностью против бактерий.
• Этот мотив заменил участок в молекуле mast-L, ответственный за основную токсичность для человеческих клеток.
• Полученная модифицированная молекула была названа mast-MO.

Результаты экспериментов:

• Мыши, получавшие mast-MO через несколько часов после заражения летальными штаммами E. coli или Staphylococcus aureus, выживали в 80% случаев.
• Мыши, получавшие исходный mast-L, выживали реже, а при высоких дозах проявляли тяжелые токсические эффекты — в отличие от mast-MO.
• Эффективность mast-MO была сравнима с существующими антибиотиками, такими как гентамицин и имипенем.

Механизм действия:

Mast-MO убивает бактериальные клетки, делая их внешние мембраны более пористыми (что также может улучшить проникновение других антибиотиков) и привлекая антимикробные лейкоциты. При этом молекула, по-видимому, подавляет вредный чрезмерный иммунный ответ, ведущий к тяжелому течению инфекции.

Исследователи создали десятки вариантов mast-MO, некоторые из которых показали значительно увеличенную противомикробную активность без токсичности для человеческих клеток. Они планируют развивать эти молекулы в новые антибиотики и применять аналогичный подход для превращения других токсинов яда в перспективные кандидаты в препараты.