Учёные обнаружили новое антибиотическое вещество в человеческом носе

Исследователи из Тюбингенского университета обнаружили новое антибиотическое вещество из человеческого носа, которое можно использовать против патогенных бактерий. Молекула, названная эпифадином, продуцируется специфическими штаммами бактериального вида Staphylococcus epidermidis, обитающими на слизистой оболочке внутренней стенки носа. Штаммы, производящие эпифадин, также можно выделить с поверхности кожи.

Эпифадин представляет собой новый, ранее неизвестный класс противомикробных соединений, убивающих микроорганизмы, и может служить ведущей структурой для разработки новых антибиотиков. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Человеческий нос, кожа и кишечник колонизированы как доброкачественными, так и патогенными бактериями. Эти микроорганизмы сосуществуют в так называемых микробиомах. Если микробиом выходит из равновесия, патогены могут размножиться, и человек заболевает. Бактерия Staphylococcus epidermidis естественным образом встречается в кожном и назальном микробиомах почти всех людей. Считается, что вновь идентифицированный штамм производит активное вещество эпифадин, чтобы выжить в конкуренции с другими микроорганизмами.

Эпифадин действует не только против бактерий, которые локально конкурируют с Staphylococcus epidermidis, но также эффективен против бактерий из других сред обитания, таких как кишечник, и против определённых грибов. Исследователи обнаружили, что он особенно эффективен против потенциального патогена Staphylococcus aureus — внутрибольничной инфекции, особенно опасной в антибиотикорезистентной форме (MRSA).

В 2016 году та же рабочая группа под руководством доктора Бернхарда Крисмера и профессора Андреаса Пешеля вместе с профессорами Стефани Гронд и Хайке Брёц-Эстерхельт из Тюбингенского университета открыла неизвестное антибиотическое вещество с уникальной структурой — лугдунин. Эпифадин стал вторым открытием такого рода, сделанным этой группой в человеческом микробиоме.

В экспериментах активное вещество эпифадин надёжно убивало патоген Staphylococcus aureus, разрушая клетки бактерий-конкурентов путём повреждения их клеточной мембраны. Химическая структура эпифадина чрезвычайно нестабильна, и вещество активно всего несколько часов, поэтому эпифадин оказывает в основном локальное действие. Это снижает вероятность побочного повреждения микробиома, характерного для современных методов лечения антибиотиками широкого спектра действия.

Требуются дополнительные исследования, чтобы выяснить, можно ли использовать эпифадин или его производные для терапии. Например, продуцирующий эпифадин Staphylococcus epidermidis можно было бы заселить в слизистую носа и другие участки кожи, чтобы подавлять рост патогенов, таких как Staphylococcus aureus. Это могло бы предотвращать бактериальные инфекции естественными средствами, уже имеющимися в нашем организме.

Исследователи из кластера передового опыта CMFI Тюбингенского университета отследили активное вещество и его структуру 10 лет назад, когда впервые смогли выделить штамм. Сложные природные вещества, такие как эпифадин, образуются микроорганизмами из отдельных компонентов с помощью ферментов — это называется «биосинтезом».

Первые попытки воспроизвести этот биосинтез указали на то, что это чрезвычайно новая молекула. Потребовалось несколько лет тесного сотрудничества в области химического анализа и синтеза в Институте органической химии Тюбингенского университета, прежде чем удалось накопить и сохранить активное вещество таким образом, чтобы обеспечить полное выделение чистого вещества.

Руководитель исследования Бернхард Крисмер отмечает: «Лабораторные данные были чрезвычайно интересными, но из-за нестабильности их было трудно интерпретировать. Несмотря на трудности, я считал, что исследования стоит продолжать. Упорство и высокая терпимость к фрустрации наконец привели к успеху».

Профессор микробиологии Андреас Пешель добавляет: «Разработка новых антибиотиков застопорилась на десятилетия. Но они нужны нам как никогда, потому что в последние годы во всём мире наблюдается быстрый рост мультирезистентных микробов. С этими инфекциями трудно справиться, и наши резервные антибиотики уже не так эффективны. Нам срочно нужны новые активные вещества и методы лечения».

Последующие исследования будут изучать действие активного вещества на основе его структуры. Здесь также скоропортящийся характер эпифадина затрудняет обширный химический и биологический анализ. Поэтому для начала с помощью химического синтеза в лаборатории будут созданы искусственные молекулы со структурой и противомикробным эффектом, подобными эпифадину, но стабильные и с ними легче работать.