Мелатонин подавляет грамотрицательные патогены, нацеливаясь на цитратсинтазу
Инфекции, вызываемые патогенными бактериями, особенно грамотрицательными (такими как Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Pasteurella multocida и Pseudomonas aeruginosa), представляют серьёзную угрозу для общественного здоровья во всём мире. Распространение антибиотикорезистентности, в том числе множественной лекарственной устойчивости у грамотрицательных патогенов, требует поиска новых эффективных и безопасных соединений.
Противомикробная эффективность in vivo и in vitro
Исследование на модели инфекции P. multocida у мышей показало, что мелатонин обладает профилактическим и терапевтическим потенциалом. При дозе 120 мг/кг он повышал выживаемость мышей и приводил к снижению бактериальной нагрузки в тканях примерно на 2 порядка (log10).
In vitro мелатонин продемонстрировал антибактериальную активность против патогенных бактерий, особенно против P. multocida. Анализ методом SEM и TEM показал, что он повреждает бактериальную мембрану, вызывая утечку внутриклеточного содержимого.
Молекулярный механизм действия
Транскриптомный анализ выявил 259 дифференциально экспрессируемых генов (DEGs) у P. multocida под действием мелатонина. Эти гены были связаны с мембранным транспортом и метаболическими процессами, особенно с метаболизмом углеводов.
Нетаргетный метаболомный анализ показал, что мелатонин вызывает значительные изменения в метаболитах, концентрирующихся в путях метаболизма пирувата, цикле трикарбоновых кислот (цитратном цикле) и метаболизме триптофана. Ключевым наблюдением стало значительное накопление пировиноградной кислоты и ацетил-КоА при одновременном снижении уровня лимонной кислоты. Это указало на возможную блокаду пути от ацетил-КоА к лимонной кислоте.
Мишень — цитратсинтаза II типа
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что мелатонин ингибирует активность ключевого фермента цитратного цикла — цитратсинтазы, что снижает синтез лимонной кислоты. Было установлено, что мелатонин специфически подавляет активность цитратсинтазы у грамотрицательных патогенов, но не влияет на этот фермент у грамположительных бактерий или эукариот.
Исследование взаимодействия с помощью LSPR-анализа, компьютерного докинга и экспериментов с очищенным ферментом показало, что мелатонин напрямую связывается и ингибирует цитратсинтазу II типа. Ключевую роль в этом взаимодействии играет водородная связь между остатком R300 в ферменте и молекулой мелатонина. На цитратсинтазу I типа мелатонин практически не действует.
Значение исследования
Открытие антимикробного действия мелатонина против грамотрицательных патогенов через ингибирование цитратсинтазы II типа предоставляет новую стратегию для поиска противобактериальных соединений. Цитратсинтаза II типа может рассматриваться как перспективная мишень для разработки новых препаратов.
Исследование опубликовано в журнале Science China Life Sciences.