Исследование пептидов открывает путь к новому оружию против устойчивых к антибиотикам бактерий

Новое исследование антимикробных пептидов — коротких цепочек аминокислот, способных повреждать бактериальные клетки, — объясняет, почему одни пептиды делают это эффективнее других и почему некоторые клетки более уязвимы.

Результаты открывают путь к созданию новых соединений для уничтожения болезнетворных организмов, выработавших устойчивость к антибиотикам. Такие соединения станут крупным прорывом в борьбе с глобальной проблемой, заявила соавтор исследования Мириам Коттен из Университета штата Орегон.

"Устойчивость к противомикробным препаратам — растущая угроза во всём мире. В 2021 году почти 5 миллионов человек умерли от неё. Прогнозируется, что с 2025 по 2050 год от неё умрут почти 40 миллионов человек".

Пептиды, встречающиеся во всех живых организмах, имеют разнообразные формы и функции, включая роль гормонов, нейромедиаторов и сигнальных молекул в клетках. Как антимикробные агенты они составляют первую линию защиты от бактериальной инфекции, часто вызывая утечку содержимого бактериальных клеток через мембрану, что нарушает клеточные функции.

Исследование Коттен и её коллег из Колледжа Уильяма и Мэри и Национальных институтов здоровья (NIH) было сосредоточено на конкретных состояниях, ведущих к нарушению целостности мембраны. Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, объединила лабораторные эксперименты с вычислительным моделированием, проведённым Национальным институтом сердца, лёгких и крови NIH, и пролила свет на характеристики пор, которые антимикробные пептиды образуют в мембранах.

Поры образуются, когда пептиды, покрывающие внешнюю сторону клетки, начинают "переворачиваться" через мембрану, чтобы уравновесить своё количество с каждой стороны.

"Эта информация очень ценна, поскольку даёт основу для объяснения, почему одни пептиды активнее других и почему одни мембраны легче атаковать. Мы выяснили, что пептиды, которые сильнее нарушают мембраны, образуют в них поры большего размера и в большем количестве, и эти поры дольше остаются открытыми.

"Это логично, но ключевая новизна нашей работы в том, что у нас теперь есть математическое уравнение, связывающее эффективность повреждения мембраны с характеристиками пор. Мы можем начать применять его для определения свойств, необходимых для оптимальной эффективности".

Учёные также обнаружили, что определённые мембраны имеют дефекты, которые помогают пептидам формировать такие поры. Это открывает путь к созданию пептидов, специфично нацеленных на бактериальные клетки благодаря их уникальному составу мембран.

Результаты применимы не только для лечения инфекционных заболеваний, добавила Коттен, поскольку пептиды иммунной системы активны и против раковых клеток. Новые методы лечения рака крайне необходимы: в 2025 году в США прогнозируется более 2 миллионов новых случаев рака и более 500 000 смертей от него.