Один из представителей легочной микробиоты выделяет пептид, который препятствует развитию Streptococcus pneumoniae.
Древняя пословица "враг моего врага - мой друг" появилась задолго до открытия антибиотиков. Ученые недавно нашли способ применять эту пословицу на практике, обнаружив, что пептиды, вырабатываемые одной бактерией, заселяющей легкие, могут действовать против другой. Их мишенью стал Streptococcus pneumoniae, также известный как пневмококк - бактерия, которая может вызывать пневмонию, менингит и септицемию, особенно у детей, пожилых людей и лиц с ослабленным иммунитетом. В исследовании, опубликованном в журнале Communications Biology, группа под руководством Люси Хатауэй, микробиолога из Бернского университета, обнаружила, что обитатель дыхательных путей и эпизодический патоген Klebsiella pneumoniae выделяет пептиды, которые специфически сдерживают рост S. pneumoniae.
В условиях растущей антибиотикорезистентности исследователи ищут новые варианты борьбы с S. pneumoniae, в частности потому, что эта палочка умеет становиться устойчивой к терапевтическим препаратам. "Она обладает естественной способностью к генетической трансформации. Так, она может заимствовать ДНК из окружающей среды, причем не только у других пневмококков, но и у других видов бактерий, обитающих в носоглотке и близкородственных ей, - поясняет Хатауэй. Эти приобретения могут изменять белки и углеводы, которые пневмококки экспрессируют на своей поверхности, и вызывать устойчивость к антибиотикам".
Хатауэй изучает взаимодействие между пневмококком и другими видами бактерий. Прежде чем вызвать инфекцию у человека, пневмококк должен колонизировать носоглотку, борясь за место среди комменсальных бактерий, которые обычно там обитают. S. pneumoniae может поглощать олигопептиды из окружающей среды, некоторые секретируются соседними микробами, которые влияют на транскриптомы и протеомы бактерии. Ранее сотрудники Хатауэй обнаружили, что часть транспортера S. pneumoniae, названного пермеазой Ami-AliA/AliB, взаимодействует с пептидами, выделяемыми K. pneumoniae, и что эти пептиды подавляют рост пневмококков.
В своем последнем исследовании ученые проанализировали весь секретом K. pneumoniae методом жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии и выявили еще один пептид, который захватывал пермеазу S. pneumoniae и подавлял рост бактерий. Они назвали пептид V11A в честь его 11-аминокислотной длины. Ученые могут однажды использовать этот пептид или подобные ему в качестве терапевтического средства против S. pneumoniae.
"Самый интересный результат заключается в том, что V11A подавляет рост пневмококка не только в среде без пептидов, но и в спинномозговой жидкости человека", - говорит Хатауэй. "Это интересно потому, что у пациентов с менингитом пневмококк попадает в спинномозговую жидкость. Поэтому, если бы у нас было средство, подавляющее их рост, я думаю, это было бы потенциально очень полезно".
Исследователи заметили, что V11A подавлял рост многих штаммов S. pneumoniae, включая клинические и антибиотикорезистентные изоляты, в зависимости от наличия функциональной пермеазы Ami-AliA/AliB. Фактически, единственные штаммы, которые противостояли атаке V11A, имели известные мутации в части пермеазного комплекса. Эффект роста был скорее бактериостатическим, чем бактерицидным, то есть пептид подавлял рост бактерий, не убивая клетки. "Потенциально это преимущество для противопневмококковой терапии, поскольку пневмококк вырабатывает литический токсин, пневмолизин, который связывается с холестерином в мембранах эукариотических клеток и вызывает повреждение клеток при воспалении", - комментирует Дэниел Нилл, микробиолог из Университета Данди, не принимавший участия в исследовании.
"Наличие агента, который способен остановить рост пневмококка, а не непосредственно лизировать бактерии, может стать действительно большим преимуществом".
Далее группа Хатауэй исследовала влияние V11A на компетентность - способность бактерий поглощать внеклеточную ДНК во время трансформации - и характерную морфологию цепочек S. pneumoniae, при которой растущие клетки напоминают нитку бус. В то время как некоторые антибиотики могут стимулировать компетентность и удлинять бактериальные цепочки, обработка бактерий V11A приводила к обратному эффекту - снижению скорости трансформации и длины цепочек. Поскольку исследователи связывали большую длину цепочек с повышенной способностью прилипать к эпителиальным клеткам, Хатауэй исследовала, может ли V11A вызывать обратный эффект. Убедившись, что пептид не токсичен in vitro и in vivo, исследователи обнаружили, что он подавляет адгезию пневмококков к культурам клеток дыхательных путей и предотвращает колонизацию S. pneumoniae в носоглотке крыс.
Чтобы лучше понять фенотипические изменения, вызываемые V11A, исследователи секвенировали пневмококки, подвергшиеся воздействию пептида, и обнаружили многочисленные изменения в экспрессии генов, многие из которых также отразились в изменениях протеома S. pneumoniae. Они обнаружили повышение или понижение регуляции генов, участвующих в адгезии, компетентности, биосинтезе жирных кислот и аминокислот, что указывает на влияние V11A на трансформацию и колонизацию. Нилл отметил, что влияние на компетентность может быть особенно полезным для пневмококковой терапии, учитывая склонность бактерии к поглощению ДНК. Он добавил: "Если мы сможем ограничить количество встраивания экзогенной ДНК в пневмококки, это теоретически должно замедлить возникновение и распространение резистентности".
Помимо способности V11A оказывать давление на резистентные к антибиотикам бактерии с помощью нелитического метода и снижать трансформацию и адгезию, Хатауэй считает видовую специфичность пептида еще одним доказательством того, что он может стать перспективным противопневмококковым средством. V11A не влиял на другие распространенные колонизаторы легких, включая Haemophilus influenzae или Staphylococcus aureus, что важно при разработке препаратов узкого спектра действия. "Если вводить пептид в контексте микробиоты, например, в дыхательных путях, он был бы нацелен на патоген и не мешал бы безвредным или даже полезным бактериям", - считает Хатауэй.
Исследователи установили, что V11A действительно проникает в пневмококки посредством пермеазы, но в дальнейшем они хотят понять, как пептид влияет на экспрессию генов, попав внутрь. Кроме того, группа Хатауэй планирует оптимизировать дозу и способ доставки, провести дополнительные тесты на токсичность и определить, может ли со временем развиться устойчивость к неизвестному пока механизму действия V11A. "Мне не терпится узнать, сможем ли мы использовать пептид для борьбы с заболеваниями", - говорит она.
