Использование бактериальной метаболомики для поиска противомикробных препаратов и борьбы с резистентностью (аннотация)
#микробный метаболизм #новые антимикробные препараты #метаболомика #антибиотикорезистентность
Метаболомика представляет собой перспективный метод, ускоряющий обнаружение изменений микробного метаболизма во время инфекции и при лечении антибиотиками.
Это позволяет исследователям выявлять потенциальные новые лекарственные мишени и стратегии для разработки более эффективных терапевтических мероприятий по борьбе с АМР. В данном обзоре приведено несколько интересных статей, посвященных новым открытиям в этой области.
Wu et al. провели оценку бактериальной метаболомики Staphylococcus aureus при обработке гидрохлоридом берберина (BBR) и обнаружили значительное ингибирование биосинтеза клеточной стенки, нарушение метаболизма шикимата и повышение производства аминосахаров, биосинтеза нуклеиновых кислот и метаболизма нуклеотидных сахаров. Два биомаркера, связанных со стрессоустойчивостью, пиридиндикарбоновые кислоты, были снижены, а уровень окисленных фосфолипидов повышен.
В том же направлении Chen et al. сообщили о противомикробной активности эфирного масла (ЭМ), выделенного из свежей зрелой Litsea cubeba, против Cutibacterium acnes. Метаболомика после обработки ЭМ показала изменение 86 метаболитов, 34 из которых относятся к путям клеточной стенки, биосинтезу аминокислот, производству энергии и углеводному обмену. Уровень АТФ был крайне низким, а активность гликолитических ферментов и цикла Вуда-Веркмана (активность малатдегидрогеназы, пируваткиназы и пируваткарбоксилазы была снижена, а активность гексокиназы - повышена) была значительно нарушена при обработке ЭМ.
Кроме того, Zhu et al. исследовали синергетическое действие полимиксина-B, меропенема и сульбактама против Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной резистентностью. Короткая (15 минут) обработка комбинацией всех трех антибиотиков существенно повлияла на уровни метаболитов, участвующих в формировании клеточной стенки, наружного слоя клетки и внешней среды, участвующих в метаболизме клеточной стенки, наружной мембраны клетки, пептидогликана, жирных кислот, липополисахарида, глицерофосфолипидов и нуклеотидов. Интересно, что более длительная (1 ч) обработка двойной и тройной комбинаций значительно нарушала биосинтез аминокислот и нуклеотидов и метаболизм центрального углерода.
Zhou et al. сообщили об интересном примере обнаружения антибиотика-адъюванта на основе метаболитов, сравнив метаболические профили чувствительной к препаратам (SCH-S) и устойчивой к гентамицину Salmonella Choleraesuis (SCH-R). Нецелевая метаболомика выявила обширные нарушения в энергетическом и центральном углеродном обмене наряду с дисрегуляцией биосинтеза аминокислот, производства нуклеотидов, метаболизма витаминов и кофакторов, а также биогенеза жирных кислот. Примечательно, что D-рибоза была наиболее подавленным метаболитом в SCH-R и повышала эффективность гентамицина против SCH-R и клинических штаммов с множественной лекарственной резистентностью. Авторы предположили, что D-рибоза активирует пентозофосфатный путь, гликолиз и цикл трикарбоновых кислот, что повышает уровень NADH, поляризует электронно-транспортную цепь, повышает протонную движущую силу для увеличения поглощения лекарств и уничтожения бактерий.
Исследование Zhang et al. показало возможность применения матрин-хитозановых гидрогелей (MCH) для лечения субклинического мастита - воспаления молочных желез крупного рогатого скота, опосредованного бактериальной инфекцией. С помощью метаболомики и 16S секвенирования они исследовали биологический ответ на MCH у коров, страдающих маститом. Они обнаружили, что относительная численность таких бактериальных сообществ, как Staphylococcus, Aerococcus и Corynebacterium, снизилась после 7 дней лечения MCH. Также было установлено, что инфузия MCH связана с дифференциально выраженными метаболитами в молоке, такими как жирные ацилы, флавоноиды, сфинголипиды и глицерофосфолипиды. Это исследование дает новое представление об иммунорегуляторных механизмах матрина и его роли в борьбе с маститом у молочных коров.
Помимо этого, Singh et al. сравнили различные методы выделения метаболитов, включающие цикл замораживания-оттаивания (FTC) и цикл соникации (SC) по отдельности и в комбинации (FTC+SC). Используя ESI-LC-MS/MS, они обнаружили, что методы FTC и SC были эффективны в выделении АМР-ассоциированных метаболитов S. aureus, в то время как комбинирование этих методов не повышает эффективность. В принципе, каждый метод показал определенный уровень селективности в отношении метаболитов, и выбор подходящего метода должен основываться на возможном классе и типе метаболитов.
Mohammadi et al. разработали Microbial Containment Device (MCD), новую высокопроизводительную 96-луночную систему отбора проб, которая упрощает анализ и фиксирует сложные фенотипы микробного метаболизма. Используя полупроницаемую мембрану, MCD обеспечило диффузию водорастворимых метаболитов из резервуара бактериальной культуры в свободную от бактерий аналитическую лунку. MCD требует минимальной обработки образца и позволяет проводить одноэтапную метаболомику для идентификации различных штаммов бактерий и их реакции на антибиотики. Это может быть очень полезно для крупномасштабных исследований метаболомики, поскольку совместимо с традиционными коммерческими автодозаторами систем ЖХ-МС.
Питательные вещества и условия роста играют решающую роль в метаболизме, особенно при выявлении АМР. Zeng et al. разработали среду Salmonella-Shigella (SS) ceftazidime/avibactam (CZA) для клинического скрининга CZA-резистентных карбапенем-резистентных изолятов Enterobacterales (CRE) из чистой культуры и клинических полимикробных образцов, таких как образцы стула. При 100% специфичности и чувствительности, эффективность скрининга среды SS-CZA оставалась естественной для различных детерминант резистентности, которые были обнаружены у протестированных изолятов.
Mapar et al. сообщили о том, как коммерческие среды, такие как среда Мюллера-Хинтона, могут влиять на метаболические фенотипы in vitro, и сформулировали среду Biomarker Enrichment Medium (BEM), полученную на основе среды Roswell Park Memorial Institute (RPMI)) в качестве альтернативы для метаболомных анализов. Сочетая методы исключения субстратов, изотопного мечения и добавления питательных веществ, они определили специфические питательные вещества, необходимые для производства уникальных биомаркеров патогенными бактериями. Используя эту информацию, они предложили BEM в качестве альтернативы сложным неопределенным средам для экспериментов по метаболомике, клинической диагностике и поиску лекарственных препаратов, где стабильные метаболические профили играют решающую роль.
Обзор Xu et al. обобщил важность азотного метаболизма для микобактерий и показал роль связанных с ним генов и путей в выживании бактерий, их вирулентности, а также предложил направление для разработки новых целевых низкомолекулярных антимикробных препаратов. Авторы проанализировали обширную литературу, чтобы подробно описать роль генов метаболизма азота, таких как glnA1, pknG, groES, groEL2, ansP2, ansA, Rv322c, argB и argF. Кроме того, они описали дальнейшие действия, пробелы и рекомендации по воздействию на азотный метаболизм с помощью специфических ингибиторов для борьбы с появлением АМР микобактерий.
Мы надеемся, что эта подборка поможет читателям понять новые аспекты метаболомики и ее применения для понимания метаболизма бактерий и борьбы с АМР.
