Открытие антибиотиков Александром Флемингом является одним из наиболее выдающихся достижений в области медицины XX ст. Однако с момента их применения бактерии начали адаптироваться к их разрушающему воздействию развитием устойчивости в результате естественного отбора и случайных мутаций. 30 апреля 2014 г. ВОЗ в своем докладе назвала антибиотикорезистентность глобальной проблемой, угрожающей общественному здоровью в каждом регионе мира. В связи с этим борьба с антибиотикорезистентностью и поиск альтернативы антибиотикам — одна из наиболее приоритетных задач современной медицины.
По мнению группы ученых во главе с доктором медицины Александро Родригез-Роджас (Alexandro Rodrigues-Rojas), перспективным является направление по изучению эффектов катионных антимикробных пептидов (КАП). КАП — древние и повсеместно распространенные иммунные эффекторы, которые используют многоклеточные организмы для борьбы с микробами. Следует отметить, что КАП являются ключевым компонентом антимикробной защиты животных, в то время как синтез и применение антибиотиков — распространенным явлением у микроогранизмов.
Повышенный интерес к КАП связан с тем, что их механизм действия значительно отличается от такого у антибиотиков. С помощью исследований установлено, что антибиотики запускают стресс-индуцированный мутагенез, который является адаптивным для бактерий в условиях внешних стрессоров, поскольку повышает приспособляемость. Когда стресс приводит к повреждению ДНК (при воздействии антибиотика), запускается SOS-путь, при котором репарация ДНК происходит при помощи так называемой error-prone полимеразы (о есть полимеразы, склонной к ошибкам при синтезе соответствующего участка цепи ДНК взамен поврежденного). Также антибиотики могут активировать rpoS-путь, который повышает частоту мутаций подобным образом.
В то время как механизм действия антибиотиков связан с репликацией, транскрипцией и синтезом протеина, КАП воздействует преимущественно на стенку бактерий. Такой принцип действия, в свою очередь, имеет крайне малые шансы запустить SOS- и rpoS-стрессовые пути бактерий. Таким образом, теоретически бактерии не могут выработать устойчивость к КАП.
А. Родригез-Роджас с коллегами решил экспериментально проверить это предположение. С этой целью ученые использовали различные КАП (от насекомых и позвоночных) и три широко применяемых антибиотика в качестве сравнения — канамицин (с целевым действием на синтез протеина), ампициллин (с целевым действием на синтез компонентов клеточной стенки) и ципрофлоксацин (блокирующий топоизомеразы). Механизм действия одних КАП заключался в индуцировании локальных дефектов в мембране и формировании тороидальных пор, а других — создании молекулярного ковра вокруг клеточной стенки.
В экспериментах на E. coli штамма MG1655 установили, что ампициллин, ципрофлоксацин и канамицин повышали частоту мутаций в 3–4 раза, в то время как ни один КАП или человеческий лизоцим не продемонстрировали различий по этому показателю с контрольным образцом. Поскольку механизмы действия антибиотиков и КАП различаются, ученые повторили эксперимент с различными концентрациями последних (от субингибирующих до ингибирующих), однако результаты получили те же.
Для более полного понимания различий в ответах бактерий на КАП и антибиотики ученые провели еще два эксперимента. В первом проанализировали активацию стрессовых путей SOS и rpoS при помощи метода диффузии в агаре. Как и ожидалось, КАП их не активировали. Далее проанализировали экспрессию 12 генов, связанных с этими стрессовыми путями. Лишь один из КАП был связан с повышенной экспрессией некоторых из этих генов, однако характерного паттерна для стресс-индуцированного мутагенеза не наблюдалось ни для одного из КАП.
Таким образом, по мнению ученых, данные этого исследования указывают на перспективность использования КАП в качестве основы для создания эффективных противомикробных препаратов. В некоторых других исследованиях, как отмечают авторы, все же, резистентность к КАП развивалась также быстро, как и к антибиотикам. Однако ученые подчеркивают, что ситуация in vivo, когда препарат применяют для поддержания подавленной иммунной системы, может значительно отличаться от того, что наблюдают в экспериментах in vitro, в связи с этим любые результаты исследований in vitro следует интерпретировать с осторожностью.
- Rodrigues-Rojas A., Makarova O., Rolff J. (2014) Antimicrobials, Stress and Mutagenesis. PLoS Pathogens, 9 October [Epub ahead of print].
Виталий Безшейко
