Новая «карта метро» метаболических путей болезни Лайма указывает на потенциальные мишени для лечения
Ученые из Медицинской школы Университета Тафтса создали полногеномную метаболическую модель, или «карту метро», ключевых метаболических процессов бактерии, вызывающей болезнь Лайма. Используя эту карту, они успешно идентифицировали два соединения, которые избирательно воздействуют на пути, используемые исключительно возбудителем болезни Лайма для инфицирования хозяина. Исследование опубликовано 19 октября в журнале mSystems.
Хотя ни одно из этих лекарств не является жизнеспособным средством для лечения болезни Лайма из-за многочисленных побочных эффектов, успешное использование вычислительной «карты метро» для предсказания мишеней для лекарств и возможных существующих методов лечения демонстрирует, что может быть возможно разработать микро-вещества, блокирующие только болезнь Лайма, не затрагивая другие полезные бактерии.
Полногеномные метаболические модели (GEMs) собирают всю известную метаболическую информацию о биологической системе, включая гены, ферменты, метаболиты и другие данные. Эти модели используют большие данные и машинное обучение, чтобы помочь ученым понять молекулярные механизмы, делать прогнозы и выявлять новые, ранее неизвестные и даже противоречащие известным биологическим процессам.
Микро-вещества для таргетинга бактерии
В настоящее время болезнь Лайма лечат антибиотиками широкого спектра действия, которые убивают бактерию Borrelia burgdorferi, но одновременно уничтожают широкий спектр других бактерий микробиома хозяина, выполняющих множество полезных функций. Некоторые люди с хроническими симптомами Лайма или рецидивирующей болезнью годами принимают антибиотики, хотя это противоречит медицинским рекомендациям и нет доказательств эффективности такого подхода.
«Большинство антибиотиков, которые мы до сих пор используем, основаны на открытиях, сделанных десятилетия назад, а устойчивость к антибиотикам — растущая проблема для многих бактериальных заболеваний», — говорит первый автор статьи Питер Гвинн.
«Набирает силу движение по поиску микро-веществ, нацеленных на конкретный путь в одной бактерии, а не лечения пациентов антибиотиками широкого спектра, которые уничтожают микробиом и вызывают резистентность».
Два соединения, выявленные с помощью вычислительной модели «карты метро», — это противораковый препарат со значительными побочными эффектами, делающими его непрактичным для лечения Лайма, и снятое с рынка из-за побочных эффектов лекарство от астмы. Оба препарата, идентифицированные моделью, были протестированы в лаборатории и показали способность успешно убивать только бактерии Лайма в культуре.
«Бактерия Лайма — отличный тестовый случай для препаратов узкого спектра, потому что она крайне ограничена в своих возможностях и сильно зависит от окружающей среды. Это делает ее уязвимой так, как другие бактерии — нет», — говорит Линден Ху, старший автор исследования.
Ускорение открытия методов лечения
Использование вычислительной модели, которую Гвинн и его коллеги разработали во время COVID, когда не могли работать в лаборатории, потенциально позволяет ученым пропустить некоторые трудоемкие этапы фундаментальной науки и ускорить тестирование и разработку более целенаправленных методов лечения.
«Теперь мы можем использовать эту модель для скрининга аналогичных соединений, которые не обладают той же токсичностью, что противораковые и противоастматические препараты, но потенциально могут блокировать тот же или другой этап процесса болезни Лайма», — говорит Гвинн.
Гвинн и Ху проводят другие исследования, чтобы определить, сохраняется ли инфекция у людей с хроническими симптомами Лайма или они страдают от иммунной дисфункции, вызывающей хронические симптомы.
«Я могу представить день, когда люди будут принимать целенаправленное лечение от Лайма в течение двух недель вместо антибиотика широкого спектра, пройдут тестирование, подтвердят отсутствие инфекции, а затем, если хронические симптомы сохранятся, будут принимать препараты для подавления иммунного ответа», — говорит Гвинн.
Гвинн отмечает, что аналогичные вычислительные «карты метро» могут быть разработаны для других бактерий с относительно небольшими геномами, таких как возбудители сифилиса, хламидиоза и риккетсиозов (например, пятнистой лихорадки Скалистых гор). Команда Гвинна рассматривает возможность создания карт для некоторых из этих бактерий.