Если новое синтетическое соединение будет одобрено, оно сможет пополнить небогатый арсенал противогрибковых препаратов.
Амфотерицин B (AmB) - старый и эффективный препарат, который спас многих пациентов с COVID-19, чьи ослабленные иммунные системы не могли остановить вторичные грибковые инфекции. Но иногда он вызывает опасное для жизни повреждение почек. И вот недавно, после более чем десятилетнего изучения этой токсичности, исследователи не только нашли объяснение, но и использовали его, а также роботизированного "химика" для разработки мощной противогрибковой альтернативы без каких-либо очевидных побочных эффектов на мышах и человеческих клетках. А стратегия, которая привела к открытию этого соединения, описанная на днях в журнале Nature, может предложить путь для детоксикации других антимикробных препаратов.
"Это действительно вдохновляющая работа", - считает Лия Коуэн, миколог из Университета Торонто. "Они использовали молекулярные знания о том, как работает лекарственный препарат, чтобы усилить нужные им свойства и ослабить те, которые им не нужны".
Ежегодно в мире от грибковых заболеваний погибает около 1,5 млн. человек, что примерно равнозначно количеству жертв туберкулеза или малярии. Но в отличие от антибиотиков, где существуют десятки классов эффективных препаратов, антимикотиков всего три, и каждый из них сталкивается с проблемами токсичности, растущей резистентности или ограниченной эффективности. "Нам очень нужны новые безопасные и эффективные противогрибковые препараты", - говорит Коуэн.
Впервые AmB, продуцируемый Streptomyces, был выделен в 1955 г. из почвы в районе реки Ориноко в Венесуэле. Но только в 2012 г. исследователи под руководством Мартина Берка, химика из Университета Иллинойса, выяснили, что он убивает грибки, лишая их эргостерина - ключевой структурной опоры в клеточных мембранах. Человеческие клетки не используют эргостерин. Но холестерин, близкородственный стерол, выполняет в клетках человека практически ту же функцию. Берк и его коллеги обнаружили, что AmB, вероятно, вызывает повреждение почек, вытесняя холестерин из мембран клеток почек и ослабляя их.
AmB - это большое и сложное соединение, которое очень трудно создать с нуля. Но в 2015 г. Берк и его коллеги сообщили в журнале Science о разработке роботизированной машины для синтеза новых лекарственных соединений из сотен готовых строительных блоков. Этот аппарат позволил команде Берка быстро создать и протестировать аналоги AmB, каждый из которых отличался незначительными изменениями в химической структуре, чтобы определить, снижает ли он токсичность. Одно из первоначально перспективных соединений, получившее сокращенное название AmBMU, было более безопасным, но в конечном итоге оказалось менее эффективным в исследованиях на животных. "Мы слишком сильно качнули маятник", - поясняет Берк. "Мы избавились от токсичности, но потеряли эффективность".
Берк и его коллеги вернулись к разработке. Они обнаружили, что более низкая эффективность AmBMU объясняется не столько более слабым связыванием между ним и эргостеролом, сколько более медленной скоростью, с которой молекула разрушает мембранный компонент. Грибки "могут производить новый эргостерин быстрее, чем мы успеваем его удалить", - рассказал Берк. Идеи о том, какие изменения в молекуле могут ускорить ее действие, они получили, изучив изображения высокого разрешения связывания AmB с эргостерином и холестерином. "Модели с атомным разрешением стали ключом к увеличению масштаба и выявлению этих очень тонких различий", - комментирует Корин Сутар, один из первых авторов статьи.
Группа Берка вновь обратилась к своей синтезирующей машине и сгенерировала более 200 дополнительных аналогов. В конце концов, изменение положения атома водорода и гидроксильной группы в основе молекулы блокировало ее способность связываться с холестерином. Также была изменена группа карбоновой кислоты в нижней части молекулы, что ускорило процесс удаления эргостеринов противогрибковым препаратом. Берк и его коллеги сообщают, что в культуре клеток соединение, получившее название Am-2-19, по крайней мере, столь же эффективно, как и AmB, если не более, в уничтожении более 500 различных видов грибков. Исследования на мышах показали, что даже в высоких дозах Am-2-19 побеждает три распространенные, трудноизлечимые грибковые инфекции без признаков токсичности. Испытания на клетках крови и почек человека не выявили никаких тревожных сигналов. Препарат Am-2-19 был лицензирован компанией Sfunga Therapeutics, которая приступила к испытаниям первой фазы безопасности на людях в Новой Зеландии.
Помимо надежды на то, что Am-2-19 позволит создать более безопасную форму AmB, Берк считает, что та же стратегия, заключающаяся в выяснении ключевых молекулярных взаимодействий, может помочь в детоксикации других противогрибковых препаратов, относящихся к тому же классу, что и AmB, и уже представленных на рынке. Несколько таких соединений работают по тому же механизму разрушения эргостерола и обладают такой же токсичностью. И разработанный группой роботизированный синтез может помочь быстро их обнаружить.
