Исторически сложилось так, что исследователи искали антибактериальные соединения в природных продуктах, в частности в других микроорганизмах, и это имело большой успех: так, из почвенных актинобактерий было получено 80% всех применяемых в настоящее время антибиотиков.
Однако морским актинобактериям, обитающим в море, на морском дне или в микробиоме морских организмов, уделяется гораздо меньше внимания как возможным источникам антибиотиков, тем более в отношении модифицирующих вирулентность соединений.
Ингибирование вирулентности бактерий является хорошо изученным альтернативным методом по сравнению с более традиционным уничтожением микроорганизмов или ингибированием их роста. По сути, идея заключается в том, чтобы с помощью фармацевтических препаратов подавить действие молекул, вызывающих вирулентность. В лучшем случае патогены, подвергшиеся воздействию, останутся неспособными вызывать симптомы, но, тем не менее, живыми, и, таким образом, давление отбора на резистентность не будет формироваться так легко. Кроме того, благодаря своей специфичности такие препараты, скорее всего, будут оказывать меньше негативного влияния на нормальную флору, на которую негативно влияют препараты, подавляющие рост или жизнеспособность бактерий в целом.
Многие соединения, которые на сегодняшний день описаны как способные предотвращать вирулентность бактерий, были обнаружены из природных источников с помощью фенотипических скрининговых анализов. К ним относятся ингибиторы экспрессии молекул вирулентности, ингибиторы транслокации эффекторов, пилициды и блокаторы адгезии. Таким образом, поиск актинобактерий в других средах обитания является многообещающей стратегией, особенно если это позволит получить новые молекулы, которые не убивают бактерии полностью и не останавливают их рост, а лишь снижают их «вирулентность» или способность вызывать заболевания.
«Мы показали, как с помощью современных скрининговых анализов можно выявить противовирусные и антибактериальные метаболиты из экстрактов актинобактерий», - рассказал Пяйви Таммела, профессор Хельсинкского университета (Финляндия) и автор нового исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Microbiology. «Мы обнаружили соединение, которое подавляет вирулентность энтеропатогенной Escherichia coli (EPEC), не влияя на ее рост, и соединение, ингибирующее рост, оба из актинобактерий из Северного Ледовитого океана».
EPEC - это грамотрицательная бактерия, ответственная за значительную часть диарейных заболеваний и смертности среди детей младше пяти лет во всем мире. Изоляты EPEC также демонстрируют различные формы резистентности к антимикробным препаратам, включая устойчивость к фторхинолонам, плазмидоопосредованную устойчивость к карбапенемам и колистину, а также бета-лактамазам расширенного спектра.
Таммела и его коллеги разработали новый набор методов, позволяющих одновременно тестировать сотни неизвестных соединений на антивирулентность и антибактериальный эффект. Исследуемые соединения были получены из четырех видов актинобактерий, выделенных из беспозвоночных, взятых у берегов Шпицбергена во время экспедиции норвежского исследовательского судна в августе 2020 года. Затем эти бактерии были культивированы, их клетки извлечены, а содержимое разделено на фракции. Далее каждая фракция была протестирована in vitro против EPEC.
Исследователи обнаружили два неизвестных соединения с сильной антивирусной или антибактериальной активностью: одно из неизвестного штамма (под названием T091-5) из рода Rhodococcus, а другое - из неизвестного штамма (T160-2) Kocuria. Соединения проявили два взаимодополняющих типа биологической активности. Во-первых, они ингибируют образование бактериями EPEC так называемых «актиновых пьедесталов» - ключевой шаг, с помощью которого этот патоген прикрепляется к слизистой оболочке кишечника хозяина. Во-вторых, ингибируя связывание EPEC с рецепторами Tir на поверхности клетки хозяина, что необходимо для перестройки внутриклеточных процессов и возникновения заболевания.
В отличие от соединений из T160-2, соединение из T091-5 не замедляло рост бактерий EPEC. Это означает, что T091-5 - наиболее перспективный штамм из двух, поскольку EPEC с меньшей вероятностью выработает резистентность к его противовирулентному действию. С помощью передовых аналитических методов авторы определили, что активное соединение из T091-5, скорее всего, является фосфолипидом - классом жирных фосфорсодержащих молекул, играющих важную роль в клеточном метаболизме.
«Следующие шаги - оптимизация условий культивирования для получения соединений и выделение достаточного количества каждого соединения для выяснения их структуры и дальнейшего изучения их биоактивности», - сообщил Таммела. Специфическое ингибирование вирулентности энтеропатогенной Escherichia coli может стать альтернативой традиционным подходам на основе антибиотиков, помогая смягчить проблему устойчивости к противомикробным препаратам в долгосрочной перспективе.
