Как эволюция бактериальных арсеналов антибиотиков предоставляет новые шаблоны для лекарств

Ученые из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили, что два совершенно разных вида бактерий эволюционировали различные, мощные арсеналы антибиотиков для использования в войне против своих бактериальных соседей. Составив точную схему того, как эти антибиотики действуют против метициллин-резистентного Staphylococcus aureus (MRSA), ученые предоставили новые варианты для разработчиков лекарств, стремящихся сдержать глобальную угрозу, которую антимикробная резистентность представляет для человечества.

Неспособность разработать эффективные антибиотики против резистентности к текущим препаратам будет иметь катастрофические последствия. По оценкам, к середине века, всего через 30 лет, антимикробная резистентность приведет к глобальному уровню смертности до 10 миллионов человек в год. По данным Всемирного банка, к 2030 году стоимость резистентности составит 3,4 триллиона долларов США в мировом валовом внутреннем продукте. Потребность в новых и эффективных терапевтических средствах является немедленной и огромной.

В исследовании, опубликованном в ведущем международном журнале Nature Communications, ученые описывают пример конвергентной эволюции в природе. Естественный отбор привел к двум совершенно разным решениям одной и той же проблемы, что в итоге позволило успешно конкурировать в бактериальной войне.

Профессор Мартин Кэффри, заслуженный сотрудник Школы биохимии и иммунологии Тринити, старший автор статьи, сказал:

"Мы обнаружили, как эволюция привела два совершенно разных типа бактерий к тому, чтобы найти способ создания двух очень разных антибиотиков для борьбы с бактериальными соседями совершенно одинаковым образом. Это изысканный пример молекулярной конвергентной эволюции."

"Хотя два антибиотика химически различны — один является циклическим депсипептидом (глобомицин), а другой — макроциклическим лактоном (миксовирескин) — что удивительно, они достигают одной и той же цели: останавливают производство ключевых компонентов клеточной оболочки у других бактерий. Это оружие тем самым убивает или ослабляет другие бактерии."

Как это помогает разработчикам лекарств?

Помимо фундаментального научного понимания того, как природа создает и изменяет молекулы, это открытие дает разработчикам лекарств химические шаблоны — или фармакофоры, которые объясняют, как молекулярная структура способствует специфическому действию, такому как антибиотический эффект. Эти шаблоны, как известно, работают против бактерий в реальном мире.

Эти схемы теперь можно использовать для руководства фармацевтическими химиками при разработке новых, более эффективных препаратов, которые срочно необходимы в свете ускоряющейся глобальной угрозы антимикробной резистентности.

Профессор Кэффри добавил:

"Мишенью в бактериальной клеточной стенке, которая занимает центральное место в нашей работе, является открытая связывающая поверхность. Но в ее случае природа нашла по крайней мере два способа нацелиться на нее с очень высоким сродством с помощью природных антибиотиков, глобомицина и миксовирескина. И они делают это способами, которые одновременно и схожи, и различны."