Наука

Синтезирован полимер, уничтожающий бактерии, устойчивые к антибиотикам

10/03/2018

Группа ученых из Китая, США и Сингапура синтезировала соединение, эффективное против бактерий, устойчивых к большинству антибиотиков. Новый антимикробный агент представляет собой  полимер с гуанидиновыми функциональными группами, не токсичный для эукариот и не вызывающий развития резистентности у бактерий

Проблема распространения устойчивости бактерий к антибиотикам все острее стоит во всем мире. ESKAPE – эта аббревиатура объединяет патогенные микроорганизмы, устойчивые к  большинству антибиотиков и вызывающие большинство госпитальных инфекций (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter spp.). Сотни лабораторий по всему миру заняты поисками антимикробных препаратов, которые могли бы справиться с ESKAPE-патогенами.

Одна из альтернатив традиционным антибиотиками – антимикробные пептиды и полимеры – положительно заряженные молекулы, которые, связываясь с отрицательно заряженной мембраной бактерий, разрушают ее и таким образом вызывают гибель клеток. Однако, широкому использованию антимикробных пептидов препятствуют низкая биодоступность, высокая стоимость, а также токсичность (описанная, по крайне мере, для некоторых из них). Что касается антимикробных полимеров, то большинство из описанных средств данной группы не разлагаются, а следовательно, могут накапливаться в организме. Кроме того, их активность в живых организмах практически не изучалась.

В недавнем исследовании был синтезирован биоразлагаемый поликарбонатный полимер с гуанидиновыми функциональными группами. Его антимикробная активность и потенциальная токсичность тестировались в клеточных культурах, а также на мышах. Гуанидин – сильное основание, которое часто используют для денатурации белков.

Поликарбонат с гуанидиновыми функциональными группами

Поликарбонат с гуанидиновыми функциональными группами

В тестах было показано, что наибольшей противомикробной активностью характеризуются полимеры длиной 20 звеньев. Полимер оказался нетоксичен для крысиных эритроцитов, а для клеток человека – менее токсичен, чем пептидный антибиотик полимиксин В. Также было установлено, что поликарбонат полностью разлагается в течение трех суток и продукты его распада нетоксичны.

Полимер уничтожал с эффективностью 99-100%% пять ESKAPE-патогенов, в том числе синегнойную палочку (Pseudomonas aeruginosa) и метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA).

С помощью флуоресцентной спектроскопии, трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии был изучен механизм антибактериального действия полимера. Оказалось, что молекулы поликарбонатов связывались с бактериальной мембраной и, не разрушая ее, проникали в цитоплазму клетки. Здесь гуанидин вызывал денатурацию белков и они выпадали в осадок, что приводило к гибели микробной клетки.

subscribe

В отдельном тесте изучали вероятность развития у бактерий устойчивости к поликарбонату. Для этого провели 30 циклов обработки культуры Acinetobacter baumannii полимером в концентрации, которая позволяла выжить некоторым бактериям. Выжившие бактерии вновь выращивали и снова обрабатывали поликарбонатом. После 30 циклов обработки бактерии так и не выработали устойчивости к полимеру. В контрольном эксперименте резистентность к антибиотику имипенему A.baumannii выработали за восемь циклов подобной обработки.

Читайте также: 10 Перспективных альтернатив антибиотикам

* Willy Chin, Guansheng Zhong, Qinqin Pu, Chuan Yang, et al. (2018) A macromolecular approach to eradicate multidrug resistant bacterial infections while mitigating drug resistance onset // Nature Communications, 2018, Vol. 9, Article number: 917. doi:10.1038/s41467-018-03325-6

Фото под заголовком: бактерии Acinetobacter baumannii (фото – Centers for Disease Control and Prevention, CDC).

 

ПЕРЕДПЛАТА
КУПИТИ КНИГИ