До индексации журнала в международных базах редакция не взимает плату за публикацию статей
ISSN 2500-2236
DOI-prefix: 10.18527/2500-2236

Текущий выпуск

Том 5, номер 1, 2018

Новая система для поиска антимикробных пептидов


Publish date: 12.03.2018

Устойчивость бактерий к антибиотикам – проблема мирового масштаба в здравоохранении, затрагивающая все существующие классы этих лекарств. Открывать новые классы антибиотиков с каждым годом становится все труднее и дороже, поэтому большой интерес для ученых, работающих в академических институтах и в фармацевтических компаниях, представляют сегодня антимикробные пептиды в связи с их практически неограниченным разнообразием. Однако скрининг пептидов на антимикробную активность – крайне непростая задача.

Авторы статьи, опубликованной в журнале "Cell" (Tucker AT, Leonard SP, DuBois CD, Knauf GA, Cunningham LA, Wilke CO, Trent MS Davies BW. Discovery of Next-Generation Antimicrobials through Bacterial Self-Screening of Surface-Displayed Peptide Libraries. Cell 172, 618–628, January 25, 2018), предлагают новый подход для поиска антимикробных пептидов – поверхностно-локализованный антимикробный дисплей (Surface Localized Antimicrobial Display, SLAY).

Пептиды (в данной работе это случайные последовательности из 20 аминокислот) экспрессируются в E.coli в составе гибридного белка, который снабжен сигнальным пептидом для экстрамембранной локализации, 5 трансмембранными доменами для закрепления белка в мембране и линкером длиной 180 Å, позволяющим пептиду свободно взаимодействовать с внешней мембраной, проникать в периплазму и в цитоплазматическую мембрану грамотрицательных бактерий.

Так моделируется естественная ситуация, когда антимикробное лекарство сначала взаимодействует с поверхностью бактерии, затем проникает через внешнюю мембрану в периплазму, а далее – через цитоплазматическую мембрану, чтобы связаться со своей мишенью.

Чтобы протестировать созданную систему скрининга, авторы клонировали известный антимикробный пептид в данном векторе и показали, что индукция экспрессии вызывает гибель бактерий. Если же в данном векторе была клонирована пептидная последовательность, не обладающая антимикробной активностью, то индукция никак не влияла на рост бактерий.

Далее авторы показали, что экспрессированный таким образом антимикробный пептид влияет только на рост клетки-хозяина, но не соседних клеток. Это значит, что скрининг библиотеки различных пептидов может быть проведен в одной пробирке.

После индукции те клетки, в которых были экспрессированы антимикробные пептиды, перестают расти и делиться, тогда как клетки, где были экспрессированы пептиды, не обладающие антимикробной активностью, продолжают расти. Секвенирование всей ДНК смеси (next generation sequencing) до и после индукции позволяет установить, какие последовательности исчезают, или их относительное количество уменьшается, и таким образом обнаружить антимикробные пептиды.

Сначала была сконструирована контрольная библиотека из трех пептидов с известной антимикробной активностью и двух, не обладающих активностью. Все они были правильно идентифицированы. Затем была сконструирована библиотека из 800.000 случайных последовательностей из 20 аминокислот и обнаружено около 7.000 антимикробных пептидов. Из этой группы пептидов авторы выбрали 22 вещества с различными свойствами, синтезировали их и протестировали на активность как против E.coli, так и против других патогенов, устойчивых к антибиотикам (Pseudomonas, Klebsiella).

Некоторые из пептидов обнаружили значительную активность, причем, что особенно интересно, их последовательность аминокислот и механизм действия отличались от катионных антимикробных пептидов, встречающихся в природе.

Безусловно, как и любой скрининг, данный метод является только первым шагом на пути к разработке нового лекарства. Идентифицированные пептиды должны быть синтезированы и испытаны на антимикробную активность и токсичность. Следующим этапом, как правило, является оптимизация наиболее активных соединений с целью расширения спектра действия и уменьшения побочных эффектов. После того, как идентифицированы наиболее перспективные вещества, начинается длительная и дорогостоящая программа испытаний на животных и затем клинических испытаний.

Разработанная авторами статьи система может внести существенный вклад в борьбу с бактериями, устойчивыми к антибиотикам, так как она дает доступ к ранее не исследованному химическому пространству и позволяет надеяться на открытие новых антимикробных пептидов, а также новых мишеней и механизмов действия для антимикробных препаратов.

Мария Дебабова, журналист, основатель научно-популярного YouTube-канала "Ratiomania"