Pseudomonas aeruginosa, являясь распространенным условно-патогенным грамотрицательным возбудителем, представляет собой важную причину нозокомиальных инфекций, приводящих к различным заболеваниям, таким как пневмония, бактериемия и инфекции мочевыводящих путей.
Лица с ослабленной иммунной системой, например с болезнями обмена веществ, гематологическими заболеваниями и злокачественными опухолями, более восприимчивы к инфекции P. aeruginosa. Для лечения инфекции P. aeruginosa в клинических условиях обычно используются такие препараты, как пенициллин, цефалоспорины, азтреонам, аминогликозиды, фторхинолоны и карбапенемы. Однако из-за неправильного использования антибиотиков стремительно растет резистентность P. aeruginosa к карбапенемам и многим другим антибактериальным препаратам, в результате чего количество резистентных штаммов продолжает увеличиваться, создавая проблемы для клинического лечения. Поэтому существует острая необходимость в разработке новых стратегий борьбы с резистентными инфекциями, вызванными P. aeruginosa.
Естественная иммунная система служит функциональным и физиологическим барьером против микробных инфекций. В рамках этой системы существуют важные эффекторы, называемые антимикробными пептидами (AMP) или пептидами защиты хозяина. Исследования показали, что AMP не только играют роль в регуляции воспалительного ответа, иммунной системы и пути апоптоза, но и проявляют широкий спектр антимикробной активности. В настоящее время в базе данных антимикробных пептидов (unmc.edu) зарегистрировано более 3000 природных AMP, полученных из микроорганизмов, растений, млекопитающих, земноводных и насекомых.
Большинство AMP состоит из 10-100 аминокислот и имеет амфифильную конформацию, способную связываться с отрицательно заряженными компонентами поверхности бактериальной клетки, интегрироваться с липидным бислоем или проникать в цитоплазму через клеточную мембрану, проявляя при этом высокую антимикробную активность в отношении патогенов.
Многочисленные исследования показали, что многие AMP сами по себе обладают хорошими антибактериальными свойствами. Например, BCp12 обладал выраженной антимикробной активностью в отношении штаммов Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli и Salmonella typhimurium с минимальными ингибирующими концентрациями (МИК) 0,4-1,6 мг/мл. Кроме того, BCp12 вызывал низкую гемолитическую активность и цитотоксичность в отношении клеток млекопитающих.
Также, комбинация AMP и традиционных антибиотиков продемонстрировала синергетический антимикробный эффект, причем сочетание не только усиливало эффективность обоих препаратов, но и расширяло антимикробный спектр антибиотиков. Так, L1G, L7A и L1GA5K обладали хорошей биоактивностью, слабой цитотоксичностью и высокой стабильностью, быстро убивали бактерии путем разрыва мембраны и высвобождения внутриклеточного материала, а их МИК составляла 4-32 мкМ. В сочетании с рифампицином, полимиксином B и гентамицином они проявляли синергетический или аддитивный эффект против грамотрицательных бактерий.
Антибактериальные эффекты AMP могут проявляться по разным механизмам: либо непосредственно взаимодействуя с бактериальной мембраной, либо воздействуя на другие клеточные компоненты. Мембранно-опосредованные механизмы действия могут быть описаны моделями:
(1) модель тороидальной поры: AMP могут проникать в мембрану вертикально, при этом липиды будут перетягиваться и изгибаться AMP при формировании тороидальной поры;
(2) модель "бочка": AMP могут внедряться в мембрану, формируя "бочки" и открывая стабильные и трансмембранные поры, тем самым дестабилизируя мембранный потенциал и способствуя утечке ионов и биомолекул;
(3) модель "ковер-стебель": AMP могут действовать как детергенты, локализуясь на горизонтальной плоскости плазматической мембраны и вызывая ее изменения и разрушение;
(4) модель "канал агрегации": AMP могут конкурентно вытеснять липополисахариды, связанные с двухвалентными катионами, что приводит к неструктурной агрегации AMP и липидов, нарушающей внешнюю и внутреннюю мембраны.
При немембранно-направленном механизме действия AMP могут проникать в клетки путем прямого проникновения или эндоцитоза и проявлять антимикробную активность по нескольким механизмам:
(1) влияя на синтез нуклеиновых кислот и белков;
(2) подавляя активность ферментов и энергетический обмен;
(3) разрушая клеточные органеллы;
(4) вызывая реакцию окислительного стресса.
В настоящем обзоре представлен полный спектр ингибирующих эффектов природных AMP, используемых отдельно и в комбинации с другими препаратами против планктонных клеток и биопленок P. aeruginosa. Кроме того, мы также кратко описали соответствующие антибактериальные механизмы действия AMP, хотя они еще требуют дальнейшего изучения. Мы полагаем, что данный обзор позволит получить ценные экспериментальные данные для разработки новых антибактериальных средств против P. aeruginosa.
На основании изучения антибактериального действия природных AMP отдельно или в комбинации с антибиотиками против P. aeruginosa in vitro необходимо продолжить изучение механизма синергизма антибактериального действия или продолжить разработку структурных аналогов AMP. Кроме того, необходимо обеспечить эффективность и безопасность комбинированного лечения на животных моделях in vivo, что будет иметь большое значение для борьбы с клинической инфекцией P. aeruginosa.
