Пептиды могут стать антибиотиками нового поколения
Эволюция у опасных микроорганизмов протекает очень быстро, и человечество вынуждено изобретать все новые и новые препараты для борьбы с ними. Одним из кандидатов на эту роль являются антимикробные пептиды.
Защищаться от инфекции нужно не только человеку, но и всему живому. Защитные пептиды (короткоцепочечные белки. - Ред.) обнаружили сначала в растениях, а потом в гемолимфе насекомых, человеческих клетках-нейтрофилах и в слизи, покрывающей кожу лягушек. Оказалось, что эти короткие цепочки из аминокислот эффективно уничтожают как бактерии, так и грибы, и вирусы. При этом они эффективно действуют и в отношении штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам.
В Институте химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБиФМ) СО РАН исследовали тонкие механизмы взаимодействия антимикробных пептидов с патогенными микроорганизмами с помощью электронной микроскопии. Это, пожалуй, наиболее точный и доказательный метод в современной биологии и медицине.
- Только в электронный микроскоп можно увидеть своими глазами, что происходит с микробом под воздействием тех или иных веществ. Это убедительное доказательство - примерно, как патологическая анатомия в медицине, то есть окончательное подтверждение диагноза, только на другом уровне, - отмечает руководитель группы электронной микроскопии, главный научный сотрудник ИХБиФМ Елена Рябчикова.
Ученые проверяли эффективность антимикробных пептидов на двух опасных микроорганизмах - золотистом стафилококке и грибке рода Кандида. Первый давно стал настоящей головной болью врачей, из больничных палат его не вытравишь никакими химикатами. Второй - дрожжеподобный грибок, который раньше вызывал только относительно безобидную молочницу, но эволюционировал так, что сегодня есть штаммы, способные убить человека.
- Уже через минуту инкубации с препаратом пептида мы наблюдали признаки повреждения клеточной стенки и мембраны микроорганизмов и транспорта через мембрану, а потом и гибель микробов, - поясняет доктор биологических наук Елена Рябчикова.
Исследователи проверяли действие синтетических пептидов различного состава, изготовленных кандидатом химических наук Нариманом Амирхановым.
- Антимикробный эффект пептидов существенно зависит от их электрического заряда: когда заряд "размазан" по пептидной цепочке, воздействие было более мягкое, а когда сконцентрирован в одном месте - более жесткое - клетка буквально взрывалась, - продолжает Елена Рябчикова.
Но от фундаментальных исследований до практического применения лекарства - длинный путь.
- Работа начинается с того, что нужно показать, что конкретный микроб убивается данным препаратом, подобрать действующую дозу, - поясняет Елена Рябчикова. - В конечном счете, нужно определить безопасность нового препарата для человека, для начала выяснив, выживают ли эукариотические клетки при его воздействии? Эти исследования проводятся на клеточных культурах, но, к сожалению, полученные данные плохо коррелируют с последующими испытаниями на животных.
Чтобы решить эту проблему и не губить зря мышей и крыс (кстати, дорогостоящих) сегодня при доклинических испытаниях используют так называемые сфероиды - трехмерные клеточные модели. Это искусственно выращиваемые маленькие кусочки ткани, например, печеночной, в которых воспроизводится структура внутреннего органа. Данные, полученные в опытах на таких моделях, гораздо лучше коррелируют с тем, что происходит в живых организмах.
Микроорганизмы проявляют настоящие чудеса выживаемости и приспосабливаются к воздействиям. Для успешной борьбы с ними исследователи должны искать новые препараты и, возможно, именно пептиды могут стать одними из самых эффективных.
Пептиды - не единственные кандидаты на то, чтобы стать "золотой пулей" фармакологии будущего. Большой интерес исследователей вызывают малые интерферирующие РНК- молекулы, способные подавлять в клетках синтез того или иного белка. Это открывает широкие возможности для лечения наследственных, онкологических и многих других заболеваний. В клинике уже применяются препараты на их основе для лечения генетически наследуемой полинейропатии. Важной задачей для разработчиков препаратов на основе мРНК является их доставка в клетки-мишени. В ИХБиФМ СО РАН впервые в мире разработана система их доставки на основе наночастиц золота. Исследователи показали эффективность системы на культуре клеток и сфероидах. Работа проводилась при финансовой поддержке Российского научного фонда.