Фаговая деполимераза как адъювант антибиотиков против мультирезистентных Acinetobacter baumannii (аннотация)Фаговая деполимераза как адъювант антибиотиков против мультирезистентных Acinetobacter baumannii
Резистентный к карбапенемам Acinetobacter baumannii был определен ВОЗ и Центрами по контролю и профилактике заболеваний [CDC] как приоритетный патоген номер один.
Инфекция A. baumannii связана с частыми и трудноизлечимыми заболеваниями, такими как пневмония, бактериемия, инфекции мочевыводящих путей, менингит и раневые инфекции. В последние десятилетия все чаще сообщается о вспышках A. baumannii, резистентных к антибиотикам последнего выбора, таким как колистин. Тревожно, что в последние годы в разработке новых антибиотиков произошли значительные сбои, поэтому в этой области срочно требуются новые антибактериальные агенты для решения клинических проблем инфекций, связанных с A. baumannii.
Бактериофаги (фаги), естественные коэволюционирующие убийцы бактерий, возрождаются для борьбы с бактериями с множественной лекарственной резистентностью (MDR). Несмотря на то, что фаговая терапия считается многообещающей альтернативой традиционным антибиотикам, она сталкивается с проблемами, так как лишь немногие завершенные клинические испытания подтвердили ее эффективность. Узкий круг хозяев и развитие резистентности фагов могут быть основными факторами таких неудач. Вирусная природа фагов также может быть неприемлема для большинства клиницистов и широкой общественности.
В качестве альтернативы исследователи изучают потенциал кодируемых фагами ферментов, включая пептидогликановые гидролазы, полисахаридные деполимеразы и холины, в качестве новых антибактериальных агентов, черпая вдохновение в жизненном цикле фага. В отличие от фагов, ферменты, кодируемые фагами, как терапевтические белки без способности к репликации, более управляемы и приемлемы.
Деполимеразы, кодируемые фагами, являются полисахаридными гидролазами или лиазами, ответственными за удаление бактериальных полисахаридов, включая экзополисахариды (ЭПС), капсульные полисахариды (КПС) и липополисахариды (ЛПС), чтобы облегчить родительскому фагу введение его ДНК в бактериального хозяина. В отличие от других ферментов, кодируемых фагами, деполимеразы не лизируют бактериальные клетки напрямую. Вместо этого они дезинтегрируют КПС бактерий, делая их восприимчивыми к иммунной атаке хозяина и антибактериальному лечению (Majkowska-Skrobek et al., 2018). Было показано, что рекомбинантные деполимеразы защищают мышей от фатальных системных бактериальных инфекций и разрушают биопленки с целью усиления антимикробной активности.
Совместное применение деполимераз и антибиотиков обеспечивает более высокую антибактериальную эффективность - ожидаемую, но пока не подтвержденную экспериментами. Bansal et al. первыми сообщили о вспомогательном эффекте деполимеразы, полученной из Aeromonas punctata (факультативно-анаэробной грамотрицательной бактерии), и гентамицина при лечении мышей, инфицированных несмертельной дозой K. pneumoniae. Интраназальное и внутривенное введение комбинации при легочной и системной инфекции, соответственно, снижало количество бактерий значительно больше, чем лечение одним препаратом. Они объяснили повышенную эффективность уничтожения бактерий повышенной восприимчивостью бактерий к гентамицину после декапсуляции бактерий деполимеразой. Деполимеразы также эффективно диспергировали матрикс ЭПС в биопленках K. pneumoniae для облегчения проникновения гентамицина. Подобный синергизм наблюдался и при лечении биопленок K. pneumoniae с помощью деполимеразы Dep42 и полимиксина B (Wu et al., 2019). Напротив, Latka и Drulis-Kawa (2020) показали, что деполимераза KP34p57 не влияет на активность ципрофлоксацина, но может значительно повысить антибиопленочную эффективность фагов, не продуцирующих деполимеразу. Деполимераза также может повышать антибиопленочную эффективность кодируемого фагом антибактериального фермента эндолизина (Olsen et al., 2018).
В настоящее время идентифицировано несколько деполимераз A. baumannii. Будут ли они работать вместе с антибиотиками в борьбе с инфекциями, ассоциированными с биопленками, подобными тем, которые наблюдаются у K. pneumoniae, остается под вопросом. В настоящем исследовании оценивалось комбинированное действие деполимеразы Dpo71, кодируемой литическим фагом A. baumannii vB_AbaM-IME-AB2 (сокращенно IME-AB2), с сывороткой или колистином в борьбе с MDR A. baumannii.
Мы идентифицировали, клонировали и экспрессировали деполимеразу Dpo71 из бактериофага, специфичного для грамотрицательной бактерии Acinetobacter baumannii, в гетерологичном хозяине Escherichia coli. Dpo71 сенсибилизировала MDR A. baumannii к иммунной атаке хозяина, а также действовала как адъювант, помогающий или усиливающий действие антибиотиков, например, колистина. В частности, Dpo71 в концентрации 10 мкг/мл обеспечивает полное уничтожение бактерий человеческой сывороткой. Наше исследование показало, что усиленный бактерицидный эффект колистина объясняется улучшенной способностью дестабилизации внешней мембраны и скоростью связывания с бактериями после разрушения бактериальной капсулы Dpo71. Dpo71 ингибирует образование биопленки и разрушает уже сформированную биопленку. Комбинация Dpo71 может значительно усилить антибиопленочную активность колистина. Dpo71 сохраняет штаммоспецифичность родительского фага, из которого получен Dpo71: чувствительные к фагу штаммы A. baumannii реагируют на терапию Dpo71, в то время как нечувствительные к фагу штаммы - нет.
В целом, наша работа демонстрирует возможность использования рекомбинантных деполимераз в качестве адъюванта антибиотиков для дополнения разработки новых антибактериальных препаратов и борьбы с патогенами с MDR.
