Инженеры MIT используют яд осы в качестве антибиотика

Яд насекомых, таких как осы и пчелы, полон соединений, которые могут убивать бактерии. К сожалению, многие из этих соединений также токсичны для человека, что делает невозможным их использование в качестве антибиотиков.

После систематического изучения антимикробных свойств токсина, обычно обнаруживаемого в осе Южной Америки, исследователи из Массачусетского технологического института в настоящее время создали варианты пептида, которые являются сильнодействующими против бактерий, но нетоксичны для клеток человека.

В исследовании мышей исследователи обнаружили, что их самый сильный пептид может полностью уничтожить Pseudomonas aeruginosa, штамм бактерий, который вызывает респираторные и другие инфекции и устойчив к большинству антибиотиков.

«Мы переделали токсичную молекулу в одну, которая является жизнеспособной молекулой для лечения инфекций», - говорит Сезар де ла Фуэнте-Нуньес, постдок MIT. «Систематически анализируя структуру и функцию этих пептидов, мы смогли настроить их свойства и активность».

Де ла Фуэнте-Нуньес является одним из ведущих авторов статьи, которая выходит в выпуске журнала «Nature Communications Biology» от 7 декабря. Тимоти Лу, адъюнкт-профессор электротехники, компьютерных наук и биологической инженерии в Массачусетском технологическом институте, и Вани Оливейра, адъюнкт-профессор Федерального университета ABC в Бразилии, также являются старшими авторами. Ведущим автором газеты является Марсело Дер Торосян Торрес, бывший приглашенный студент Массачусетского технологического института.

Ядовитые варианты
В рамках своей иммунной защиты многие организмы, в том числе люди, вырабатывают пептиды, которые могут убивать бактерии. Чтобы помочь бороться с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий, многие ученые пытаются адаптировать эти пептиды в качестве потенциальных новых лекарств.

Пептид, на котором де ла Фуэнте-Нуньес и его коллеги сосредоточили свое внимание в этом исследовании, был выделен из осы, известной как Polybia paulista. Этот пептид достаточно мал - всего 12 аминокислот - и исследователи полагали, что было бы возможно создать некоторые варианты пептида и протестировать их, чтобы выяснить, могут ли они стать более сильнодействующими против микробов и менее вредными для человека.

«Это достаточно маленький пептид, и вы можете попытаться мутировать как можно больше аминокислотных остатков, чтобы попытаться выяснить, как каждый строительный блок способствует антимикробной активности и токсичности», - говорит де ла Фуэнте-Нуньес.

Как и многие другие антимикробные пептиды, считается, что этот яд, полученный из яда, убивает микробы, разрушая мембраны бактериальных клеток. Пептид имеет альфа-спиральную структуру, которая, как известно, сильно взаимодействует с клеточными мембранами.

На первом этапе своего исследования ученые создали несколько десятков вариантов исходного пептида, а затем измерили, как эти изменения повлияли на спиральную структуру пептидов и их гидрофобность, что также помогает определить, насколько хорошо пептиды взаимодействуют с мембранами. Затем они проверили эти пептиды против семи штаммов бактерий и двух грибов, что позволило соотнести их структуру и физико-химические свойства с их антимикробной активностью.

На основании выявленных ими структурно-функциональных связей исследователи разработали еще несколько десятков пептидов для дальнейшего тестирования. Они смогли идентифицировать оптимальный процент гидрофобных аминокислот и положительно заряженных аминокислот, а также идентифицировали кластер аминокислот, где любые изменения могли бы повлиять на общую функцию молекулы.

Борьба с инфекцией
Чтобы измерить токсичность пептидов, исследователи подвергли их воздействию эмбриональных клеток почек человека, выращенных в лабораторной посуде. Они отобрали наиболее перспективные соединения для тестирования у мышей, инфицированных Pseudomonas aeruginosa, распространенным источником инфекций дыхательных путей и мочевыводящих путей, и обнаружили, что некоторые из пептидов могут уменьшить инфекцию. Один из них, даваемый в высокой дозе, мог бы полностью ее устранить.

«Через 4 дня это соединение может полностью вылечить инфекцию, и это было довольно удивительно и захватывающе, потому что мы обычно не видим этого с другими экспериментальными противомикробными средствами или другими антибиотиками, которые мы тестировали в прошлом на этой конкретной модели мыши», де ла Фуэнте-Нуньес говорит.

Исследователи начали создавать дополнительные варианты, которые, как они надеются, смогут вылечить инфекции при более низких дозах. Де ла Фуэнте-Нуньес также планирует применить этот подход к другим типам встречающихся в природе антимикробных пептидов, когда он поступит на факультет Пенсильванского университета в следующем году.

«Я думаю, что некоторые из принципов, которые мы изучили здесь, могут быть применимы к другим подобным пептидам, которые получены из природы», - говорит он. «Такие вещи, как спиральность и гидрофобность, очень важны для многих из этих молекул, и некоторые из правил, которые мы здесь изучили, безусловно, можно экстраполировать».

Частично исследование финансировалось Фондом Рамона Ареса и Агентством по уменьшению угрозы обороны.

  • Meda Pharma GmbH
  • Mylan Pharmaceuticals
  • Hikma Pharma GmbH
  • 1A Pharma GmbH
  • Lipomed Германия
  • Baxter Oncology GmbH
  • Eli Lilly (Соединенные штаты Америки)
  • Janssen-Cilag GmbH
  • GUERBET Германия
  • Celgene GmbH
  • Dr.Willmar Schwabe
  • Fresenius Kabi Deutschland GmbH
  • Bristol-Myers Squibb GmbH
  • Lundbeck GmbH
  • CSL Behring Германия
  • Stada Arzneimittel Germany
  • Grünenthal GmbH
  • Strathmann (Германия)
  • Orphan Europe Germany GmbH
  • Alexion Pharma Germany GmbH
  • Dr. Falk Pharma GmbH
  • Medac GmbH
  • ViiV Healthcare
  • AbbVie Deutschland GmbH
  • Boehringer Ingelheim Pharma (Германия)
  • Japan Bioproducts Industry Co.,LTD
  • Dermapharm AG
  • Clinigen Healthcare Limited
  • Takeda (Германия)
  • Ipsen Pharma GmbH
  • Eisai GmbH
  • CATALENT GERMANY SCHORNDORF
  • Vanda Pharmaceuticals Inc. c/o Satellite Office
  • Horizon Pharma Ireland Limited
  • Ferring Pharmaceuticals
  • HRA Pharma Deutschland GmbH
  • Infectopharm Arzn.u.Consilium GmbH
  • Forest Pharma B.V.
  • Actelion Pharmaceuticals Dtl. GmbH
  • Norgine GmbH
  • Amgen GmbH
  • Servier Deutschland GmbH
  • Biotest Pharma
  • GlaxoSmithKline GmbH
  • Genzyme GmbH (Германия)
  • Helixor Heilmittel GmbH
  • Desitin Arzneimittel GmbH
  • Kohlpharma GmbH
  • Biogen GmbH
  • Merck Serono GmbH
  • Gilead Sciences GmbH
  • Aspen Germany GmbH
  • Eusa Pharma
  • Pierre Fabre Dermo Kosmetik
  • CHUGAI PHARMA Europe LTD
  • Novartis Pharma GmbH
  • Cheplapharm Arzneimittel GmbH
  • Bayer
  • B. Braun Melsungen AG
  • Vertex Pharmaceuticals (Germany)
  • ACA Müller/ADAG Pharma AG
  • Mundipharma
  • Emra-Med Arzneimittel GmbH
  • HEXAL Germany
  • Santhera Pharmaceuticals (Liechtenstein) AG
  • AstraZeneca GmbH
  • Shire Deutschland GmbH
  • Abz-Pharma Gmbh
  • UCB
  • MCM Klosterfrau Vertr. GmbH
  • Sanofi-Aventis Deutschland
  • Aptalis Pharma S.A.S.
  • Intercept Pharma Deutschland GmbH
  • Haemato Pharm GmbH
  • Grifols Deutschland GmbH
  • Biologische Heilmittel Heel GmbH
  • Roche Pharma AG
  • Axicorp Pharma B.V.
  • Swedish Orphan Biovitrum
  • Sigma-tau Arzneimittel GmbH
  • Otsuka Novel Products GmbH
  • Pharmore GmbH
  • Baxalta Deutschland GmbH
  • Orifarm GmbH
  • Olainfarm, As
  • Riemser Pharma GmbH
  • Medice Arzneimittel Pütter
  • Mibe GmbH Arzneimittel
  • Novo Nordisk Pharma GmbH
  • PAR pharmaceutical
  • Pfizer Pharma GmbH
  • MSD Sharp & Dohme (Германия)
  • BioMarin Europe Limited
  • Abacus Medicine A/S
  • Verla-Pharm Arzneimittel GmbH & Co. KG
  • Astellas Pharma GmbH
  • Actavis
  • Aristo Pharma GmbH
  • TAD Pharma GmbH
  • Bioventus Coörperatief U.A.
  • Lohmann
  • Accord Healthcare GmbH
  • Dr. Kade/Besins Pharma GmbH
  • Mucos
  • Nordic Pharma GmbH
  • ODS Pharma GmbH
  • TRB Chemedica AG
  • Virbac Tierarzneimittel GmbH
  • Milinda GmbH & Co. KG
  • Zentiva Pharma GmbH
  • Bial - Portela & CA S.A.

© 2020