Открытие природных продуктов с противогрибковым потенциалом с помощью комбинаторной синергии (аннотация)Открытие природных продуктов с противогрибковым потенциалом с помощью комбинаторной синергии
Грибки могут оказывать разрушительное социально-экономическое воздействие в виде заболеваний человека, урожая и порчи продуктов питания.
Поскольку грибы имеют много общих клеточных функций с потенциальными эукариотами-хозяевами (людьми, растениями), открытие эффективных противогрибковых препаратов или фунгицидов является сложной задачей, а резистентность к существующим средствам растет, что усиливает необходимость поиска новых мер борьбы с грибами. Кроме того, ужесточение нормативных требований и изменение отношения общества к использованию традиционных химических средств требует иных подходов к борьбе с грибками. Натуральные продукты - одна из групп соединений, которые становятся более приемлемыми в этой ситуации.
Натуральные продукты (НП) все чаще фигурируют в программах по обнаружению ингибиторов. НП в терапии рака и инфекционных заболеваний уже составляют основу >50% лекарств, используемых сегодня, прямо или косвенно. Антибиотики являются ключевым примером использования НП, в том числе в тех случаях, когда химический каркас антибиотика был "скопирован" с НП. Более того, использование НП в их естественной форме не стоит недооценивать, учитывая, что они были сформированы в ходе эволюции, чтобы приносить пользу производящим организмам, обладая основными свойствами, необходимыми для биологической активности.
Кроме того, регуляторные барьеры для НП обычно ниже. Например, при применении НП эфирных масел для сохранения пищевых продуктов Европейский регламент № 1334/2008 определяет их и их активные компоненты как ароматические препараты и ароматические вещества, соответственно. Это позволяет НП с такими свойствами или являющимся натуральными компонентами продукта не маркировать его как консервант, что также удовлетворяет требования потребителей к "чистой этикетке".
Другой популярной стратегией для решения текущих проблем борьбы с болезнями (например, грибковыми) является использование комбинаций препаратов. Одно из преимуществ заключается в том, что устойчивость к одному препарату в составе комбинации может быть компенсирована вторым агентом, а быстрое удаление патогена теоретически может замедлить развитие резистентности, когда для преодоления комбинаторного ингибирования потребуются дополнительные мутации.
Парные действия лекарств могут вызывать аддитивные, антагонистические или синергические взаимодействия. Понимание таких взаимодействий важно, и потенциальный риск антагонизма между, например, противогрибковыми препаратами, был отмечен. И наоборот, при синергизме лекарств преимущества заключаются в использовании более низких доз препаратов для достижения эффекта, что снижает затраты и неспецифическую токсичность. Сообщалось, что комбинации некоторых неантигрибковых агентов, таких как паромомицин и β-эсцин, вызывают выраженный противогрибковый синергизм против патогенного микроорганизма Candida albicans, при этом минимальные ингибирующие концентрации снижаются до 64 раз по сравнению с одним из агентов. Было описано несколько синергетических комбинаций НП, например, комбинация эвгенола и тимола, ингибирующая бактериальные патогены пищевого происхождения (Liu et al., 2015).
Несмотря на новые виды активности, которые уже были обнаружены при изучении НП, остается еще множество НП, которые еще предстоит исследовать. В частности, до сих пор очень мало работ посвящено открытию синергетических эффектов НП-НП. Более того, проблема беспорядочной активности некоторых НП потенциально может быть решена применением комбинированного синергизма, поскольку это должно способствовать повышению потенции и специфичности (за счет общей целевой функции).
Применение знаний о механизме действия (MOA) может помочь в прогнозировании и обнаружении синергических взаимодействий, как это было недавно сделано, например, для поиска новых противораковых препаратов (Yang et al., 2020). Этот целевой подход опирается на предварительные знания, достаточные для рационального прогнозирования; например, когда известно, что два агента нацелены на схожие, но не идентичные процессы, что является одной из основ синергии (Vallières et al., 2018). С другой стороны, доступность НП в селективных химических библиотеках (например, в библиотеках, которые максимизируют химическое разнообразие и/или интересные активности НП) облегчает нецелевые подходы к скринингу, в том числе для обнаружения ведущих мишеней и новых противогрибковых соединений. Использование высокопроизводительного комбинаторного скрининга химических библиотек путем их комбинирования с выбранными соединениями, представляющими интерес, недавно доказало эффективность стратегии обнаружения новых противогрибковых синергистов (Vallières et al., 2020b). В последнем исследовании использовались стандартные химические библиотеки, не относящиеся к НП, и этот подход ранее не использовался для поиска синергических эффектов НП.
Учитывая потенциальную важность открытия НП для применения в здравоохранении, пищевой промышленности и сельском хозяйстве, в данном исследовании проверялась гипотеза о том, что для поиска новых противогрибковых синергетических эффектов между НП можно использовать рациональный или скрининговый подходы. Рациональный подход опирался на предварительные знания МОА трех НП с действием на клеточные мембраны, в то время как более широкий опрос использовал специфическую для НП химическую библиотеку в сочетании с выбранными НП, представляющими интерес.
В данном исследовании преимущества синергизма лекарственных средств были использованы для открытия парных комбинаций НП с потенцированной противогрибковой активностью и, потенциально, повышенной специфичностью мишени. Рациональный подход, основанный на ранее известных механизмах действия выбранных НП, не дал новых противогрибковых синергий.
С другой стороны, высокопроизводительный скрининг с использованием дрожжей выявил 34 потенциальных синергизма из 800 комбинаций разнообразной библиотеки НП с четырьмя выбранными НП, представляющими интерес (эвгенол, EUG; β-эсцин, ESC; куркумин, CUR; гидрохлорид берберина, BER). Специальные тесты подтвердили наиболее перспективные синергические комбинации, а именно: EUG + BER, CUR + sclareol и BER + птеростильбен (PTE) [показатели фракционной ингибирующей концентрации (FIC) ≤ 0,5 во всех случаях], сниженные до 35 (BER) и 7,9 мг L-1 (PTE).
Эти три комбинации синергически ингибировали целый ряд грибов, включая патогенные для человека и сельскохозяйственных культур Candida albicans, Aspergillus fumigatus, Zymoseptoria tritici и Botrytis cinerea, причем синергизм проявлялся также против резистентных к азолам изолятов и биопленок. Дальнейшее исследование показало роль деполяризации митохондриальной мембраны и образования реактивных форм кислорода в синергетическом механизме действия EUG + BER.
Данное исследование доказывает принципиальную возможность использования высокопроизводительного скрининга парных взаимодействий НП в качестве инструмента для поиска новых противогрибковых синергетиков. Такие синергические эффекты НП, с потенциалом улучшения специфичности, могут помочь в борьбе с грибковыми патогенами.
