Грибок на коже человека может стать источником новых антибиотиков
Исследователи из Университета Орегона обнаружили молекулу, которую производит дрожжевой грибок, обитающий на коже человека. Она показала мощные антимикробные свойства против патогена, ежегодно вызывающего около полумиллиона госпитализаций в США.
Это уникальный подход к решению растущей проблемы устойчивых к антибиотикам бактерий. Грибы, населяющие кожу человека, — это неиспользованный ресурс для поиска новых антибиотиков, заявила Кейтлин Ковальски, постдокторант UO, руководившая исследованием.
Как описано в статье, опубликованной в Current Biology, распространённый кожный грибок Malassezia поглощает кожное сало и жиры, чтобы производить жирные кислоты, которые избирательно уничтожают Staphylococcus aureus. У каждого третьего человека Staphylococcus aureus безвредно обитает в носу, но эти бактерии становятся фактором риска серьёзных инфекций при попадании в открытые раны, ссадины и порезы. Они — основная причина кожных и мягкотканных инфекций, известных как стафилококковые.
Staphylococcus aureus также является больничным супербактерием, печально известным устойчивостью к текущим антибиотикам, что повышает острую потребность в новых лекарствах.
«Есть много исследований, которые идентифицируют новые структуры антибиотиков, — сказала Ковальски, — но в нашем случае было интересно то, что мы идентифицировали (соединение), которое хорошо известно и ранее изучалось».
Это соединение не токсично в обычных лабораторных условиях, но может быть мощным в условиях, имитирующих кислую среду здоровой кожи.
«Я думаю, именно поэтому в некоторых случаях мы могли упустить такие антимикробные механизмы, — добавила Ковальски, — потому что pH в лаборатории был недостаточно низким. А кожа человека действительно кислая».
Люди являются хозяевами огромного массива микроорганизмов, известного как микробиом, но мы мало знаем о наших резидентных грибах и их вкладе в здоровье человека, сказала Ковальски. Кожный микробиом представляет для неё особый интерес, потому что, в то время как другие части тела населяют десятки различных грибов, кожу преимущественно колонизирует один вид, известный как Malassezia.
Malassezia может быть связана с случаями перхоти и экземы, но считается относительно безвредной и нормальной частью кожной флоры. Эти дрожжи эволюционировали, чтобы жить на коже млекопитающих, настолько, что они не могут производить жирные кислоты без липидов (масел и жиров), выделяемых кожей.
Несмотря на обилие Malassezia на нас, они остаются малоизученными, сказала Ковальски.
«Кожа — это параллельная система тому, что происходит в кишечнике, который хорошо изучен, — сказала она. — Мы знаем, что кишечный микробиом может модифицировать соединения хозяина и создавать свои собственные уникальные соединения с новыми функциями. Кожа богата липидами, и кожный микробиом обрабатывает эти липиды, чтобы также производить биологически активные соединения. Так что же это значит для здоровья кожи и болезней?»
Изучая образцы кожи здоровых доноров и эксперименты с кожными клетками в лаборатории, Ковальски обнаружила, что грибковый вид Malassezia sympodialis преобразует липиды хозяина в антибактериальные гидроксижирные кислоты. Жирные кислоты выполняют различные функции в клетках, но, в частности, являются строительными блоками для клеточных мембран.
Гидроксижирные кислоты, синтезированные Malassezia sympodialis, действовали подобно детергенту, разрушая мембраны Staphylococcus aureus и заставляя его внутреннее содержимое вытекать. Эта атака предотвращала колонизацию Staphylococcus aureus на коже и в конечном итоге убивала бактерии всего за 15 минут, сказала Ковальски.
Но грибок — не волшебная пуля. После достаточного воздействия стафилококковые бактерии в конечном итоге становятся толерантными к грибку, как и при чрезмерном использовании клинических антибиотиков.
Изучив генетику бактерий, исследователи обнаружили, что у них развилась мутация в гене Rel, который активирует стрессовый ответ бактерий. Подобные мутации ранее были идентифицированы у пациентов со стафилококковыми инфекциями.
Результаты показывают, что среда обитания бактерий и их взаимодействие с другими микробами могут влиять на их восприимчивость к антибиотикам.
«Растёт интерес к применению микробов в качестве терапии, например, добавлению бактерий для предотвращения роста патогена, — сказала Ковальски. — Но это может иметь последствия, которые мы ещё не до конца поняли. Хотя мы знаем, что антибиотики приводят к эволюции устойчивости, об этом не задумывались, когда мы думаем о применении микробов в качестве терапии».
Хотя открытие добавляет слой сложности в открытие лекарств, Ковальски заявила, что она в восторге от потенциала резидентных грибов как нового источника для будущих антибиотиков.
Идентификация антимикробных жирных кислот заняла три года и междисциплинарные усилия. Ковальски сотрудничала с химическими микробиологами из Университета Макмастера, чтобы отследить соединение.
«Это было похоже на поиск иголки в стоге сена, но с молекулами, которые нельзя увидеть», — сказал научный руководитель Ковальски, Мэтью Барбер, доцент биологии в Колледже искусств и наук UO.
Ковальски работает над последующим исследованием, которое углубляется в генетические механизмы, приведшие к толерантности к антибиотикам. Она также готовится запустить собственную лабораторию для дальнейшего изучения упускаемой из виду роли кожного микробиома, покидая лабораторию Барбера после того, как сосредоточила внимание на грибах.
«Устойчивые к антибиотикам бактериальные инфекции представляют собой серьёзную угрозу для здоровья человека, и в некотором смысле ситуация ухудшается, — сказал Барбер. — Нам предстоит ещё много работы по пониманию микроорганизмов, а также по поиску новых способов лечения или предотвращения этих инфекций».