Таинственная ветвь жизни, известная как археи, производит уникальные соединения, борющиеся с бактериями.
Согласно двум сообщениям, опубликованным на прошедшей неделе, археи, микроорганизмы, составляющие наименее известную ветвь древа жизни, являются источником новых антибиотиков. Известные своей способностью процветать в экстремальных условиях, таких как кипящие горячие источники и солончаки, археи сосуществуют наряду с бактериями во многих средах обитания. Теперь две группы ученых предполагают, что это соседство, возможно, побудило сотни видов архей выработать уникальные химические средства защиты, некоторые из которых убивают бактерии, устойчивые к обычным антибиотикам. Хотя эти химические соединения архей еще далеки от создания лекарств, полученные данные указывают, что эти микробы могут в конечном итоге стать богатым источником для разработчиков антибиотиков. Статьи, опубликованные в журналах Nature Microbiology и PLOS Biology, “великолепны”, - считает Джим Коллинз, биоинженер из Массачусетского технологического института, специализирующийся на открытии антибиотиков. “Я удивлен, что мы раньше не изучали архей”.
Когда-то археи тоже считались бактериями, но теперь они признаны отдельной областью жизни, что доказано на основании генетических и биохимических различий с бактериями и эукариотами, к которым относятся грибы и многоклеточные организмы. Археи, например, не имеют такой внешней клеточной стенки, как бактерии, и у них нет отдельного клеточного ядра и мембраносвязанных органелл, как у эукариот. Тем не менее, археи, бактерии и одноклеточные эукариоты живут бок о бок во многих средах обитания, например, в пищеварительном тракте человека, где они помогают вырабатывать метан, и в задних отделах кишечника термитов, где они помогают переваривать древесину. “Если они живут вместе в одной нише, есть вероятность, что они не всегда ладят”, - говорит Тобиас Варнеке, биохимик из Оксфордского университета.
Чтобы выяснить, побудил ли потенциальный конфликт архей разработать свой арсенал антибиотиков, исследователи под руководством Сезара де ла Фуэнте, биомолекулярного инженера из Пенсильванского университета (США), обучили алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) сканировать их протеомы — полную аминокислотную последовательность всех белков организма. Они искали фрагменты белка, называемые "зашифрованными пептидами" (encrypted peptides), которые часто обладают антимикробными свойствами и обычно образуются при расщеплении более крупных белков. Сканирование протеомов 233 видов архей выявило более 12 600 вероятных зашифрованных пептидов, сообщили де ла Фуэнте и его коллеги в журнале Nature Microbiology.
ИИ также оценивал вероятность антимикробной активности каждой находки и затем группа де ла Фуэнте синтезировала 80 наиболее перспективных пептидов. Ученые обнаружили, что 93% из них проявляют антибактериальную активность in vitro в отношении опасных патогенов человека, таких как Staphylococcus aureus и Klebsiella pneumoniae. Дальнейшие исследования in vitro показали, что большинство из этих пептидов убивают бактерии путем деполяризации их внутренних цитоплазматических мембран, что значительно отличается от стратегии применения многих известных антимикробных пептидов, которые чаще всего пробивают отверстия во внешней мембране бактериальных клеток. Коллинз называет этот механизм “очень интересным открытием”. Наконец, группа де ла Фуэнте продемонстрировала на мышах, что один пептид, называемый археазин-73, снижает количество опасных раневых бактерий не меньше, чем полимиксин В, антибиотик последнего выбора лечения.
В отдельной работе, опубликованной в PLOS Biology, Варнеке и его коллеги подошли к поиску антимикробных препаратов у архей с другой стороны. Бактерии, в отличие от архей, покрывают цитоплазматические мембраны своих клеток оболочкой, образованной из сетчатого набора пептидов, называемых пептидогликанами. Авторы задались вопросом, содержат ли археи ферменты, расщепляющие пептидогликаны, называемые гидролазами, для защиты от проникновения бактерий на их территорию. Действительно, группа обнаружила эти ферменты у 5% из более чем 3700 видов архей, которые они изучили. Исследования структуры белков показывают, что многие из них секретируются вне клетки, и группа Варнеке даже обнаружила доказательства того, что у некоторых архей есть молекулярные инъекторы, похожие на шприцы, для доставки этих белков бактериям. При воздействии на бактерий in vitro некоторые из гидролаз расщепляли их пептидогликаны и убивали их.
Варнеке и де ла Фуэнте предупреждают, что недавно обнаруженные ферменты и пептиды по-прежнему далеки от реальных лекарств, которые могли бы спасти жизни пациентов. Тем не менее, оба они утверждают, что у архей почти наверняка есть еще много антибиотиков, которые ждут своего открытия. “Вероятно, это только верхушка айсберга”, - уверен Варнеке.
