Микробиом человека как область поиска антибиотиков: Neisseria mucosa проявляет активность против Neisseria gonorrhoeae (аннотация)Микробиом человека как область поиска антибиотиков: Neisseria mucosa проявляет активность против Neisseria gonorrhoeae
Резистентность к противомикробным препаратам (AMR) у Neisseria gonorrhoeae представляет собой серьезную проблему для общественного здравоохранения.
Этот грамм-отрицательный диплококк, ответственен примерно за 87 миллионов случаев гонореи в год во всем мире. Половая передача N. gonorrhoeae может привести к инфицированию женского и мужского урогенитального тракта, прямой кишки и глотки. Кроме того, инфицированные женщины могут передавать возбудителя во время родов, что приводит к неонатальному конъюнктивиту.
Варианты лечения обычно ограничиваются терапией двумя антибиотиками (цефтриаксон плюс азитромицин), но недавно были выявлены штаммы гонококков, демонстрирующие резистентность ко всем рекомендованным антимикробным препаратам (Eyre et al., 2018; Whiley et al., 2018; Unemo et al., 2019). Эта актуальная глобальная проблема побудила Центры по контролю и профилактике заболеваний США, Всемирную организацию здравоохранения, Департамент репродуктивного здоровья и исследований и Европейский центр по профилактике и контролю заболеваний разработать планы ответных мер здравоохранения по борьбе с АМР N. gonorrhoeae, и новые подходы к профилактике и лечению гонококковых инфекций крайне необходимы.
К видам Neisseria относятся N. gonorrhoeae, N. meningitidis, которые могут бессимптомно колонизировать носоглотку человека, а также вызывать смертельно опасный менингококковый менингит, несколько непатогенных видов, которые являются компонентами нормального микробиома ротоглотки человека и нечеловеческие изоляты. Род Neisseria входит в десятку наиболее распространенных родов в микробиоме человека, а ко-колонизация и горизонтальный перенос генов с участием патогенных и непатогенных Neisseria хорошо документированы.
Непатогенные Neisseria представляют особый интерес, поскольку натуральные продукты, производимые членами микробиома человека, могут быть источником новых антимикробных агентов. Например, комменсальный организм Staphylococcus lugdunensis, обнаруженный в носовом микробиоме человека, производит вторичный метаболит лугдунин, который проявляет антимикробную активность против АМР S. aureus (Zipperer et al., 2016). О производстве вторичных метаболитов Neisseria известно мало, однако было показано, что некоторые непатогенные виды подавляют патогены. N. lactamica и N. cinerea подавляют колонизацию N. meningitidis в моделях инфекции человека и культуры эпителиальных клеток, соответственно, а ДНК, выделяемая N. elongata и несколькими другими непатогенными видами Neisseria, убивает N. gonorrhoeae (Kim et al., 2019).
В рамках проекта, описанного здесь, мы начали поиск антимикробных вторичных метаболитов нейссерий путем анализа группы из 36 непатогенных штаммов Neisseria на предмет активности против других Neisseria, включая N. gonorrhoeae. Мы выявили пять активных изолятов, все из группы видов N. mucosa, и провели исследования ингибиторов и химическую экстракцию для характеристики активности, проявленной штаммом N. mucosa 9300. В данной работе мы предлагаем взглянуть на микробиом человека как на еще одну экосистему, которая вполне подходит для реализации проектов по открытию новых антибиотиков.
Бактерии, живущие в общей среде обитания, демонстрируют широкий спектр конкурентных и кооперативных взаимодействий. В ротоглотке человека обитает более 700 видов прокариот, включая по меньшей мере 12 видов Neisseria, которые находятся в тесном контакте друг с другом и со своим хозяином в различных нишах. Несколько недавних исследований с использованием метагеномных данных показали, что N. mucosa является обычным колонизатором здоровой ротоглотки и характеризуется нишевой специфичностью для таких участков, как буккальная слизистая и наддесневой налет.
Например, Kraal et al. (2014) сообщили, что наддесневой налет содержал N. mucosa у 70/70 испытуемых, хотя обилие этого организма варьировало между испытуемыми. Нормальная мутуалистическая роль N. mucosa и других видов Neisseria как членов микробиома здорового человека изучена недостаточно хорошо, однако мы предположили, что непатогенные виды могут выделять вторичные метаболиты, активные против других Neisseria. Несмотря на то, что наше исследование было сосредоточено на относительно небольшой группе изолятов, мы выявили пять штаммов группы N. mucosa, проявляющих антимикробную активность против тестовых штаммов непатогенных Neisseria, три из которых также проявляли активность против N. gonorrhoeae. Эта активность сохранялась в неочищенном этилацетатном экстракте, обогащенном небольшими неполярными вторичными метаболитами.
Наблюдавшаяся нами антигонококковая активность N. mucosa, по-видимому, не связана с ранее описанными ингибирующими механизмами. Другие виды, обитающие в микробиоме человека, включая вагинальные виды Lactobacillus, также проявляют активность против N. gonorrhoeae in vitro. Опосредованное лактобациллами ингибирование опосредуется H2O2, бактериоцинами, органическими кислотами или комбинацией этих трех веществ. Ингибиторы этих агентов не влияли на антигонококковую активность N. mucosa. Мы также использовали мутанты N. gonorrhoeae, поглощающие ДНК, чтобы исключить возможность того, что мы обнаруживаем ДНК-опосредованный киллинг гонококков, ранее описанный у непатогенных Neisseria.
Эти данные свидетельствуют о том, что N. mucosa производит антимикробный вторичный метаболит, отличный от ранее описанных антигонококковых агентов, что указывает на необходимость дальнейшей характеристики соединений, секретируемых N. mucosa NRL 9300, и повышает вероятность того, что непатогенные Neisseria могут использовать несколько механизмов для ингибирования других бактерий. Это неудивительно, учитывая, что каждый уникальный непатогенный вид взаимодействует с множеством других организмов в разнообразных динамичных средах обитания в организме.
Натуральные продукты не были хорошо изучены у рода Neisseria в целом, и, насколько нам известно, это первый отчет, описывающий активность вторичных метаболитов N. mucosa. Будущие направления этого проекта включают химический и количественный анализ компонентов этилацетатного экстракта слизистой оболочки N. mucosa, проверку антигонококковой активности на животных моделях и исследование геномов нейссерий на предмет потенциальных кластеров биосинтетических генов. Потенциал обнаружения антибиотиков, который мы выявили у видов Neisseria, вероятно, присутствует и у многих других не охарактеризованных членов микробиома человека, которые еще предстоит исследовать.
