Вчені виявили нову антибактеріальну речовину, активну проти грамполоджувальних і грамотрицьових бактерій і не викликає резистентність. Як сказано у статті, опублікованій у журналі, речовина діє відразу на дві мети: на метаболізм фолатів і на клітинну мембрану бактерій. Через подвійний механізм дії бактерії не змогли виробити стійкість до нової речовини.
За останні 20 років для практичного застосування в медицині було схвалено всього шість нових класів протимікробних препаратів, причому жоден з них не активний проти грамотрицьких бактерій. Для порівняння, за перші 30 років після відкриття пеніциліну в 1929 році було описано і впроваджено в практику більше двадцяти класів антибіотиків. Таке різке зниження темпів розробки і створення нових антимікробних препаратів часто пов'язують з економічними факторами, адже створення такого препарату коштує дорого і займає багато часу, а клінічні випробування він може і зовсім не пройти.
Тому фармакологічні компанії рідко йдуть на ризик, через що у світі склалася криза громадської охорони здоров'я: еволюція мультирезистентних бактерій, горизонтальне перенесення генів резистентності між бактеріями укупі зі старими і вже не діючими препаратами - все це призвело до появи бактерій, на які не діє практично жоден відомий на сьогоднішній день антибіотик. Найяскравіший представник цієї когорти - метицилінрезистентний золотистий стафілокок, або MRSA. У нашому великому матеріалі «Кінець прекрасної епохи» ми розповідали про основні проблеми, з якими стикаються лікарі по всьому світу, намагаючись лікувати інфекції, викликані стійкими до антибіотиків бактеріями, і як взагалі вийшло, що нащадки врятованого колись мільйони людей пеніциліну не можуть допомогти нам сьогодні.
Питання лікування резистентних бактеріальних інфекцій з кожним роком стає все гострішим. З цією метою модифікують старі антибіотики, застосовують аналоги вітаміну А, але, можливо, повністю вирішити цю проблему допоможе створення нових класів антибіотиків, що не викликають резистентності у мікроорганізмів.
Група вчених під керівництвом Джеймса Мартіна II (James K. Martin II) з Прінстонського університету займалася пошуком антибіотиків широкого спектру з новими механізмами дії на бактеріальні клітини. Дослідження проводили на кишковій паличці, позбавленій ліпополісахариду. Серед 33000 унікальних молекул вчені звернули увагу на одну - SCH-79797. Це антагоніст рецептора, активованого протеазою, першого типу, який виявляється на тромбоцитах, клітинах імунної системи, клітинах епітелію і багатьох інших клітинах. Рецептори цього класу беруть участь у регуляції гемостазу і запалення. Сам же SCH-79797 збільшує здатність нейтрофілів вбивати бактерії, діючи, можливо, як антибіотик. З огляду на те, що дослідження, присвячені його ^ агулянтної активності, показали, що принаймні п'ять міліграм SCH-79797 на кілограм маси тіла можуть безпечно переноситися у тварин, вчені вирішили дослідити, як же ця речовина вбиває бактерії.
При культуральному дослідженні виявилося, що SCH-79797 пригнічує зростання грамотрицьких бактерій і, і грамположних бактерій. У тому числі знижувалося зростання колоній мультирезистентних штамів і MRSA.
Дослідження на личинках воскової молі, зараженої летальною дозою, показало низьку токсичність речовини: личинці вводили чотириразову мінімальну інгібуючу концентрацію SCH-79797, і вона не викликала значущих змін життєдіяльності. При цьому виживаність личинки значимо зросла (p < 0,001).
При висіюванні метицилінрезистентного золотистого стафілокока на агар, що містить чотирикратну мінімальну інгібуючу концентрацію, вченим не вдалося виділити стабільних мутантів, резистентних до SCH-79797. Для кількісного визначення показників резистентності послідовно вирощували дві біологічно незалежні культури MRSA на агарі з сублетальними концентраціями SCH-79797, а також з трьома контрольними антибіотиками: новобіоцином, триметопримом і низином. Через 25 днів бактерії не демонстрували перехресної стійкості до SCH-79797. Щоб поширити ці результати на грамотрицькі види, вчені повторили послідовне вирощування двох біологічно незалежних культур. Резистентність бактерії залишалася постійною для SCH-79797, але підвищувалася для всіх інших антибіотиків, включаючи гентаміцин. Таким чином, відсутність резистентності не залежала від виду бактерії.
За допомогою програмного аналізу вчені довели відмінність механізму дії SCH-79797 від механізмів інших відомих антибіотиків. Щоб знайти шукану мету, з якою взаємодіє SCH-79797, вчені використовували аналіз теплового зрушення: інтактні клітини і клітини, оброблені препаратом, нагрівають до певних температур і збирають денатуровані розчинні білки при кожному значенні температури. Білки, які зв'язуються з препаратом, термічно стабілізуються, що призводить до зрушення температури, при якій ці білки осаджуються. Виявилося, що SCH-79797 значно змінив термічну стабільність дигідрофолатредáази (точніше її гомолога у - FolA). В якості позитивного контролю використовували добре описаний раніше антибіотик триметоприм, націлений на дигідрофолатредáазу (DHFR), і виявили, що він також термічно стабілізує свою відому мету - FolA.
Щоб визначити, як SCH-79797 впливає на метаболізм фолатів у живих клітинах, вчені використовували мас-спектрометрію для вимірювання відносної кількості пулів метаболітів фолату в, оброблених SCH-79797. Клітини обробляли SCH-79797 в концентрації 13,9 міліграм на мілілітр (13 мінімальних інгібуючих доз) протягом 15 хв. У відповідь на це рівні субстрату DHFR - 7,8-дигідрофолату - зросли в 10 разів порівняно з необробленими клітинами, в той час як рівні метаболітів фолату значно знизилися. Така картина характерна при інгібуванні дигідрофолатредáази (FolA у). Аналогічна картина спостерігається при дії триметоприму - відомого інгібітора DHFR.
Щоб визначити, чи інгібує SCH-79797 дигідрофолатредáазу безпосередньо, вчені отримали очищений фермент FolA і виміряли його активність залежно від концентрації речовини. Було виявлено, що концентрація напівмаксимального інгібування FolA становить 8,6 3 мікромоль на літр. Також вони виміряли початкову активність FolA при різних концентраціях субстрату дигідрофолату, щоб встановити конкурентноздатність SCH-79797. При концентрації 8,6 мікромоль на літр константа Міхаеліса збільшується з 32-25 мікромоль на літр до 100-80 мікромоль на літр. Ці результати вказують на те, що SCH-79797 функціонує, принаймні частково, як конкурентний інгібітор активності FolA на його субстраті.
Оскільки клітини, стійкі до триметоприму, виявлялися чутливими до SCH-79797, вчені припустили, що у цієї речовини є ще одна мішень, при дії на яку бактеріальні клітини гинули. Проточна цитометрія оброблених SCH-79797 клітин з флуоресцентними барвниками виявила значні зміни поляризації та проникності мембрани. Ці ефекти на мембрану не є вторинними наслідками інгібування дигідрофолатредceази, оскільки оброблена триметопримом кишкова паличка не показала істотних змін поляризації і проникливості мембрани. Таргетний ефект SCH-79797 на мембрану також не є видоспецифічним, оскільки аналогічні результати були отримані у. Ці результати показують, що незалежно від своєї здатності інгібувати дигідрофолатредáазу, SCH-79797 порушує як мембранний потенціал, так і проникність клітинної мембрани.
Хімічний аналіз SCH-79797 показав, що його ядро представлено пірролохіназоліндіаміном, який відповідальний за пов'язування з дигідрофолатредáазою. Однією з двох бічних груп виявилася гідрофобна ізопропілфенільна група. Саме вона змінює проникність і поляризацію клітинної мембрани бактерії. Вчені приєднали до SCH-79797 ще одну фенольну групу і отримали більш гідрофобну речовину IRS-16. В експерименті IRS-16 показав високу антибактеріальну активність, пов'язану з порушенням метаболізму фолатів у бактерій і змінами проникності та поляризації їх клітинної стінки.
SCH-79797 пригнічував зростання деяких клітинних ліній ссавців у зв'язку з чим, вчені зосередили свою увагу на IRS-16, оскільки його летальна доза була в сто разів більше дози, необхідної для вбивства бактерій. Максимальна доза IRS-16 склала 15 міліграм на кілограм маси при внутрішньовенному введенні, при цій дозі концентрація IRS-16 в плазмі досягала максимуму - 1,4 міліграма на мілілітр з періодом напіврозпаду 15,8 годин. Дослідження мікросомального апарату печінки досліджуваних мишей показало високу стабільність IRS-16.
Нарешті, вчені визначили, чи володіє IRS-16 антибактеріальною активністю в моделі бактеріальної інфекції у миші. З цією метою вони змоделювали вагінальну інфекцію, оскільки для цього грамотрицького патогена існує гостра потреба в нових антибіотиках через широко поширену резистентність до існуючих препаратів. У бактеріальній культурі IRS-16 виявляв стійку активність щодо мінімальної інгібуючої концентрації 0,03 міліграма на мілілітр. IRS-16 повинен зберігатися у мишей в концентраціях вище 0,03 міліграма на мілілітр протягом майже 48 год. Після зараження мишей їм внутрішньовенно ввели дозу з розрахунку 10 міліграм на кілограм. Через 26 годин IRS-16 достовірно знижував навантаження (Р < 0,05). Високий терапевтичний індекс і фармакокинетичний профіль підтверджує, що IRS-16 може діяти як ефективний антибіотик у моделі гонореї мишей
Якщо вам цікаво дізнатися щось ще зі світу нових антибіотиків, то обов'язково зверніть увагу на книгу Метта Маккарті, в якій він розповідає про новий антибіотик, що застосовується при інфекціях шкіри і м'яких тканин, наводить клінічні випадки і міркує на тему майбутнього антибіотикотерапії.