Добыча из микробиома: обнаружение новых антибиотиков в кишечнике человека

Средний кишечник человека содержит примерно 100 триллионов микробов, многие из которых постоянно конкурируют за ограниченные ресурсы. «Это такая суровая среда», — говорит Сесар де ла Фуэнте. «Все эти бактерии сосуществуют, но и борются друг с другом. Такая среда может способствовать инновациям».

В этом конфликте лаборатория де ла Фуэнте видит потенциал для новых антибиотиков, которые однажды могут пополнить собственный оборонительный арсенал человечества против лекарственно-устойчивых бактерий.

В статье в Cell лаборатории де ла Фуэнте и Ами С. Бхатт изучили микробиомы кишечника почти 2000 человек, обнаружив десятки потенциально новых антибиотиков.

«Мы рассматриваем биологию как источник информации», — говорит де ла Фуэнте. «Всё — это просто код. И если мы сможем создать алгоритмы, способные отсортировать этот код, мы сможем значительно ускорить открытие антибиотиков».

«Одна из наших основных целей — использовать мировую биологическую информацию как источник антибиотиков и других полезных молекул», — говорит де ла Фуэнте. «Вместо того чтобы полагаться на традиционные, кропотливые методы, связанные со сбором образцов почвы или воды и очисткой активных соединений, мы используем огромный массив биологических данных, содержащихся в геномах, метагеномах и протеомах. Это позволяет нам обнаруживать новые антибиотики с цифровой скоростью».

Группа сосредоточилась на пептидах — коротких цепях аминокислот, которые ранее показали себя перспективными в качестве новых антибиотиков.

«Мы вычислительно проанализировали более 400 000 белков», — говорит де ла Фуэнте, имея в виду процесс, при котором ИИ читает буквы генетического кода и, будучи обученным на наборе известных антибиотиков, предсказывает, какие генетические последовательности могут обладать антимикробными свойствами.

«Интересно, что эти молекулы имеют другой состав по сравнению с тем, что традиционно считалось антимикробным», — говорит Марсело Д.Т. Торрес, первый автор статьи. «Соединения, которые мы обнаружили, составляют новый класс, и их уникальные свойства помогут нам понять и расширить пространство последовательностей антимикробных веществ».

После синтеза этих пептидов исследователи подвергли бактериальные культуры воздействию каждого пептида и ждали 20 часов, чтобы увидеть, какие пептиды успешно подавляют рост бактерий. Кроме того, команда позже протестировала кандидаты в антибиотики на животных моделях.

Более половины протестированных пептидов сработали — то есть подавили рост бактерий, как дружественных, так и патогенных. Ведущий кандидат, превотеллин-2, продемонстрировал противомикробные способности, сопоставимые с полимиксином B — одобренным FDA антибиотиком, который сегодня используется для лечения инфекций с множественной лекарственной устойчивостью. Это говорит о том, что микробиом кишечника человека может содержать антибиотики, которые когда-нибудь найдут клиническое применение.

«Обнаружение превотеллина-2, активность которого сопоставима с одним из наших антибиотиков последней надежды, полимиксином B, стало для меня большой неожиданностью», — говорит Бхатт. «Это говорит о том, что поиск новых и интересных классов антимикробных пептидов в микробиоме человека — многообещающий путь для исследователей, врачей и, что особенно важно, для пациентов».