Сахар, который содержится только в бактериях, может стать ключом к победе над смертельно опасными супербактериями.
Ученые нашли способ борьбы с устойчивыми к лекарствам бактериями, используя сахар, уникальный для их внешней поверхности. Эта стратегия позволила устранить смертельные инфекции у мышей и может привести к созданию новых иммунологических методов лечения больничных супербактерий. Фото: Shutterstock
Исследователи из Австралии разработали новую многообещающую стратегию борьбы со смертельными бактериями, которые больше не реагируют на антибиотики. Команда разработала антитела, которые фиксируются на сахаре, содержащемся только в бактериальных клетках, — подход, который может помочь в новом поколении иммунотерапии инфекций с множественной лекарственной устойчивостью, приобретенных в больницах.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology, показывает, что антитело, созданное в лаборатории, способно устранить бактериальную инфекцию, которая обычно приводит к летальному исходу у мышей. Оно связывается с особым бактериальным сахаром и заставляет иммунную систему уничтожать вторгшийся патоген.
Проектом руководил профессор Ричард Пэйн из Сиднейского университета, работавший совместно с профессором Итаном Годдардом Боргером из WEHI и доцентом Николасом Скоттом из Мельбурнского университета и Института инфекций и иммунитета Питера Доэрти.
Профессор Пэйн также возглавит недавно созданный Австралийским исследовательским советом Центр передового опыта в области усовершенствованной пептидной и белковой инженерии. Этот центр будет опираться на открытия, подобные этому, чтобы ускорить переход от фундаментальных исследований к прикладным в биотехнологии, сельском хозяйстве и охране природы.
«Это исследование показывает, что возможно, если мы объединим химический синтез с биохимией, иммунологией, микробиологией и инфекционной биологией», — сказал профессор Пэйн. «Благодаря точному получению этих бактериальных сахаров в лаборатории с помощью синтетической химии, мы смогли понять их форму на молекулярном уровне и разработать антитела, которые связывают их с высокой специфичностью. Это открывает двери для новых способов лечения некоторых опасных бактериальных инфекций, устойчивых к лекарственным средствам».
Почему бактериальный сахар является уникальной мишенью
Антитело, разработанное командой, нацелено на молекулу сахара, называемую псевдаминовой кислотой. Хотя эта молекула похожа на сахар, содержащийся в клетках человека, она вырабатывается только бактериями. Многие опасные патогены используют его как ключевую часть своей внешней поверхности, помогая им выживать и обходить иммунную защиту.
Поскольку человеческий организм не вырабатывает этот сахар, он представляет собой высокоспецифичную мишень для разработки иммунотерапевтических средств, которые не наносят вреда здоровым клеткам.
Разрабатывая антитело широкого спектра действия
Чтобы воспользоваться этим недостатком, исследователи впервые синтезировали бактериальный сахар и пептиды, декорированные сахаром, полностью с нуля. Эта работа позволила им определить точную трехмерную структуру молекулы и то, как она проявляется на поверхности бактерий.
Используя эту подробную информацию, команда создала то, что они называют «панспецифичным» антителом. Оно может распознавать один и тот же сахар у множества различных видов и штаммов бактерий.
В ходе исследований на мышах антитело успешно уничтожило Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной устойчивостью. Эта бактерия является хорошо известной причиной внутрибольничной пневмонии и инфекций кровотока и особенно трудно поддается лечению.
«Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной устойчивостью представляет собой серьезную угрозу для современных медицинских учреждений по всему миру», — сказал профессор Годдард-Боргер. «Нередко инфекции не поддаются лечению даже антибиотиками последнего ряда. Наша работа является мощным экспериментальным подтверждением концепции, которое открывает путь к разработке новых методов пассивной иммунотерапии, спасающих жизни».
Как пассивная иммунотерапия может защитить пациентов
Пассивная иммунотерапия предполагает введение пациентам готовых антител для быстрой борьбы с инфекцией, а не ожидание реакции адаптивной иммунной системы организма. Этот подход может быть использован как для лечения активных инфекций, так и для их профилактики.
В больничных условиях это может быть использовано для защиты уязвимых пациентов в отделениях интенсивной терапии, которые подвергаются высокому риску заражения бактериями, устойчивыми к лекарственным препаратам.
Доцент Скотт отметил, что антитела также предлагают новый важный способ изучения того, как бактерии вызывают заболевания.
«Эти сахара играют ключевую роль в бактериальной вирулентности, но их было очень трудно изучить», — сказал он. «Наличие антител, которые могут избирательно распознавать их, позволяет нам определять, где они появляются и как изменяются у разных патогенов. Эти знания напрямую влияют на улучшение диагностики и терапии».
Переходим к клиническому применению
В течение следующих пяти лет команда планирует использовать полученные результаты для лечения антителами, готовыми к использованию в клинике, уделяя особое внимание A. baumannii с множественной лекарственной устойчивостью. Достижение этой цели позволило бы устранить одного из самых опасных представителей патогенов ESKAPE и стало бы значительным шагом вперед в глобальных усилиях по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам.
«Это именно тот прорыв, который призван обеспечить новый центр передового опыта ARC», — сказал профессор Пэйн. «Наша цель — превратить фундаментальные молекулярные знания в реальные решения, которые защитят наиболее уязвимых людей в нашей системе здравоохранения».
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Финансирование было получено от Национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям; Австралийского исследовательского совета; Национальных институтов здравоохранения; Института медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл; правительства штата Виктория. Исследователи выражают признательность Мельбурнскому центру масс-спектрометрии и протеомики при Институте молекулярных наук и биотехнологии Bio21 за поддержку.
Все процедуры по обращению с животными проводились в соответствии с руководящими принципами Мельбурнского университета и были одобрены Комитетом по этике животных Мельбурнского университета (номер заявки 29017).