Недавно обнаруженный антимикробный препарат может предотвратить и лечить холеру
Более миллиона человек ежегодно умирают от инфекций, вызванных патогенами, устойчивыми к противомикробным препаратам, и проблема растет. Между тем, открытие новых противомикробных препаратов, которые могут помочь остановить волну, не поспевает за темпами.
Исследователи из Техасского университета в Остине видят перспективы в классе природных антимикробных препаратов, называемых микроцинами, которые вырабатываются бактериями в кишечнике и помогают им конкурировать с бактериями-соперниками. В паре недавних статей исследователи идентифицируют первый известный микроцин, который нацелен на штаммы бактерий, вызывающих холеру, и описывают метод поиска микроцинов в бактериальных геномах с помощью искусственного интеллекта.
«Представьте себе, что однажды вы едите йогурт, содержащий пробиотические штаммы бактерий, которые производят микроцины для профилактики или лечения холеры, патогенной кишечной палочки, воспалительных заболеваний кишечника или рака толстой кишки», — сказал Брайан Дэвис, профессор молекулярных биологических наук и старший автор обеих статей. «Идея заключается в том, чтобы поместить туда здоровые бактерии, которые затем смогут непрерывно производить микроцины в кишечнике для борьбы с интересующим патогеном».
Исследование холеры, опубликованное в журнале Cell Host & Microbe , проводилось под руководством Сун-Ён Ким из Техасского университета.
Холера, смертельная диарейная болезнь, вызываемая бактериями Vibrio cholerae, вызывает сильное обезвоживание и может убить всего за несколько часов. По данным Всемирной организации здравоохранения, каждый год холера становится причиной от 21 000 до 143 000 смертей во всем мире. Другой тип кишечных бактерий, как полагают, вызывает вспышки воспалительных заболеваний кишечника. И еще один тип кишечных бактерий связан с прогрессированием рака толстой кишки. Каждый из них является потенциальной мишенью для микроцинов.
Микроцины высокоизбирательны, то есть они обычно нацелены на конкретные бактерии, в отличие от традиционных антибиотиков, которые в целом убивают как желательные, так и нежелательные бактерии. Это означает, что они потенциально могут удалять нежелательные бактерии, не нарушая тонкий баланс микробиома кишечника человека, критически важный для общего здоровья. И поскольку их механизм действия отличается от механизма действия традиционных антибиотиков, они все еще могут быть эффективны против патогенов, которые развили устойчивость к антибиотикам.
Трудно обнаружить микроцины в геноме бактерий, поскольку их генетические последовательности очень короткие и разнообразные. Поэтому вместо этого команда начала искать в геномах V. cholerae более крупный белок PCAT, который связан с микроцинами и помогает экспортировать их из бактерий, которые их производят, чтобы они могли достичь других бактерий.
Исследователи обнаружили около двух десятков потенциальных микроцинов, все из непатогенных штаммов V. cholerae. Они показали, что один из этих микроцинов, названный MvcC, убивает патогенные штаммы V. cholerae. Другими словами, это естественное оружие, которое один бактериальный штамм использует, чтобы превзойти своих близких родственников.
«У вас в кишечнике прямо сейчас есть бактерии, которые производят микроцины», — сказал Дэвис. «Они являются естественной частью того, как ваши бактериальные сообщества организуются и конкурируют».
Так почему же штаммы V. cholerae, вырабатывающие микроцины, не отравляют сами себя?
Исследователи обнаружили, что штаммы V. cholerae, которые продуцируют микроцины, также продуцируют своего рода антидот, называемый иммунной протеазой. Они продемонстрировали, что — у мышей, кишечник которых был инфицирован патогенными и непатогенными штаммами V. cholerae, — бактерии, которые экспрессировали микроцины, превзошли штаммы, которые этого не делали.
Исследователи планируют продолжить работу по холере тремя способами:
- Мутация их анти-Vibrio microcin MvcC с целью повышения их летальности для V. cholerae и лучшей устойчивости к деградации в организме человека.
- Разработка комбинаций различных антивибрионных микроцинов для предотвращения развития резистентности к противомикробным препаратам.
- Поиск штаммов бактерий, продуцирующих микроцины, которые лучше всего вырабатывают и доставляют микроцины патогенам в кишечнике.
В связанной статье, которая скоро будет опубликована в рецензируемом журнале и доступна в виде препринта, исследователи описывают новый подход на основе ИИ для поиска большего количества кандидатов на микроцины. Подход использует белковые LLM — биологические аналоги генеративных моделей большого языка ИИ, лежащих в основе чат-ботов, таких как ChatGPT, — для поиска последовательностей, похожих на известные микроцины. Это один из нескольких подходов на основе ИИ, с которыми экспериментирует команда, и которые, как они надеются, приведут к большему количеству открытий микроцинов.
«Биология микроцина очень уникальна и крайне малоизучена», — сказал Клаус Вильке, профессор интегративной биологии, статистики и наук о данных Техасского университета, а также соавтор предстоящей статьи. «И поэтому это хорошая область, в которой можно работать, где еще многое предстоит сделать и открыть».
Обсудим?
Смотрите также:
