Чи є альтернатива традиційним антибіотикам?
Бактеріальні інфекції, стійкі до антибіотиків, щороку забирають близько 700 тис. життів. До 2050 р. цей показник може сягнути 10 млн. Завадити цій жахливій тенденції можна завдяки розробці нових антибіотиків, перегляду підходів до застосування вже існуючих засобів, а також впровадженню альтернативних традиційним антибіотикам методів боротьби з бактеріальними інфекціями. Принципово нові антимікробні препарати з’являються рідко, їх застосовують як засоби «резерву», але й до них поступово поширюється стійкість. Перегляд політики щодо застосування антибіотиків, зокрема обмеження їх використання в тваринництві, раціональне призначення при вірусних інфекціях, індивідуальний підхід до вибору препарату та його дози, відбувається лише в деяких розвинених країнах і поки також не чинить суттєвого впливу на поширення антибіотикорезистентності. Отже, час уважно придивитися до різних як давно відомих, так і цілком нових стратегій боротьби з бактеріальними інфекціями, які можуть доповнити антибіотикотерапію або в певних випадках стати її альтернативою
Природні альтернативи антибіотикам
Бактеріофаги (фаги) — віруси бактерій, які були відкриті понад 100 років тому, через появу антибіотиків надовго випали з поля зору західної медицини, але нещодавно повернулися. Фаги ефективно знищують бактерії, легко проникають майже в усі тканини організму, за наявності бактерії-мішені швидко розмножуються, а після її елімінації — і швидко зникають. Завдяки високій специфічності фаги на відміну від антибіотиків не шкодять нормальній мікрофлорі. При цьому лікування фагами вимагає чіткого встановлення бактерії-збудника та пошуку специфічного до неї бактеріофага. Для масового виробництва підходять лише препарати-коктейлі, що містять суміш фагів, специфічних проти актуальних штамів найбільш поширених патогенів. У західних країнах дозволено використання індивідуально підібраних фагів при інфекціях, які не відповідають на лікування антибіотиками, наприклад, у пацієнтів із пневмонією при муковісцидозі, із остеомієлітом, ендокардитом, діабетичними виразками стоп, хірургічними інфекціями тощо. В Східній Європі та Грузії дослідження фагів не переривалися, в науково-дослідних центрах зберігаються великі колекції фагів, і, наприклад, в Тбілісі, в Інститут бактеріофагів ім. Еліави з усього світу приїздять пацієнти з хронічними інфекціями, щоб отримати специфічний фаговий препарат.
Читайте також: Пожиратели бактерий
Антимікробні пептиди (АМП) виділяють різні організми — від бактерій до ссавців — як засоби вродженого імунітету. Це відносно короткі амфіфільні молекули (30–40 амінокислот) з високим позитивним зарядом, які взаємодіють з мембраною бактерії, після чого порушують її цілість і тим самим знищують мікробну клітину. Кілька АМП (поліміксин В, колістин, граміцидин і даптоміцин) застосовують в клінічній практиці, але інші АМП ніяк не можуть пробити собі шлях до пацієнта. Вони мають широкий спектр дії, швидко знищують бактерії, чинять імуномоделювальну дію, до них повільно формується резистентність, але АМП легко руйнуються в організмі, часто токсичні, а їх виробництво є дороговартісним.
Бактеріоцини — це різновид АМП, що виробляють деякі бактерії для захисту від інших бактерій. Як і АМП, вони зв’язуються з мембраною, але каналів у ній не утворюють, а проникають всередину клітини, де порушують синтез пептидоглікану (нізин), трансляцію білка (боттроміцин), метаболізм ДНК, РНК і білка (мікроцини В17, J25, C7-C51). В цілому, переваги та проблеми АМП характерні й для бактеріоцинів, але останні мають особливість — вони більш селективні, тобто, як і бактеріофаги, не шкодять мікробіому. На сьогодні бактеріоцини застосовують лише в харчовій промисловості, жоден препарат ще не схвалений для застосування у людини.
Вплив на кишкову мікробіоту: пробіотики. До складу кишкової мікробіоти ссавців входить понад 1 тис. видів бактерій та дріжджів, зокрема біфідобактерії, лактобактерії, стрептококи, непатогенні кишкові палички, різні види клостридій, фузобактерій, еубактерій тощо. Порушення складу кишкової мікробіоти при антибіотикотерапії може призводити до тяжких ускладнень і, зокрема, до псевдомембранозного коліту. При лікуванні кишкових інфекцій альтернативою антибіотикам є про- та пребіотики, не тільки біфідо- та лактобактерії, які використовують вже досить давно, а й дріжджі Saccharomyces boulardii, непатогенні кишкові палички, різні види Bacillus. Вони допомагають зберегти нормальний баланс мікрофлори в кишечнику, беруть участь у формуванні захисного шару слизу на його стінках, активують імунний захист організму, а також конкурентно пригнічують патогенні мікроорганізми. Наразі клінічні випробування (фази І і ІІ) проходить низка пробіотичних засобів, призначених для лікування інфекцій C. difficile, що рецидивують.
Читайте також: Антитела против бактерий: старая идея, новые технологии
Вплив на кишкову мікробіоту: фекальна трансплантація. Ця стратегія лікування кишкових інфекцій передбачає введення пацієнту з кишковою інфекцією мікробіоти здорового донора. FDA схвалило використання фекальної трансплантації для лікування пацієнтів з інфекцією C. difficile, яка не відповідає на стандартну терапію. В дослідах на тваринах цей метод демонструє ефективність при колонізації кишечнику E. coli, Salmonella, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, метицилінорезистентним S. aureus, ванкоміцинорезистентними ентерококами, але, на жаль, клінічних даних поки недостатньо.
Хижі бактерії, такі як представники роду Bdellovibrio, розмножуються лише всередині інших грамнегативних бактерій, таких як E. coli, Salmonella, Legionella, Pseudomonas. У клітинах ссавців вони не розмножуються. Bdellovibrio руйнують вміст бактеріальних клітин за допомогою власних гідролітичних ферментів. Останні здатні також руйнувати бактеріальні біоплівки. Активність проти широкого кола патогенів, низька імуногенність та токсичність, мала ймовірність формування у бактерій-мішеней стійкості роблять Bdellovibrio перспективними антимікробними агентами. Але поки маємо результати випробувань лише на тваринах.
Синтетичні засоби
Синтетичні імітатори антимікробних пептидів (СІАМП) — це спроба відтворити корисні властивості природних АМП і при цьому позбутися таких їх недоліків, як чутливість до протеаз, токсичність і висока вартість. Перші спроби синтезу АМП стосувалися хімічних модифікацій пептидного каркасу із збереженням амфіфільності та позитивного заряду молекули. Так були створені β-пептиди, пептоїди, олігоацилізини, α-АА-пептиди — олігомери, здатні утворювати елементи вторинної структури, які необхідні для антимікробної активності, та стійкі до гідролізу протеазами. Ще одним варіантом імітації властивостей АМП є створення антимікробних полімерів шляхом приєднання гідрофобного та катіонного доменів до тих чи інших полімерів. Антимікробні полімери демонстрували активність по відношенню до мультирезистентних бактерій, а деякі також відновлювали чутливість таких збудників до антибіотиків. Третій шлях імітації АМП — синтез низькомолекулярних непептидних сполук, що відтворюють амфіфільні властивості природних АМП. Серед перспективних штучних непептидних АМП — брилацидин, що має широкий спектр активності, зокрема проти MRSA, та наразі проходить клінічні випробування (фаза ІІ) як засіб терапії інфекцій шкіри та слизових оболонок.
Антибактеріальні олігонуклеотиди використовують для пригнічення активності генів, зокрема генів патогенних бактерій, шляхом блокування мРНК на стадії трансляції. Ці олігонуклеотиди є фрагментами РНК або ДНК і комплементарні мРНК-мішені (їх називають антисенсовими). Олігонуклеотиди модифікують, щоб зробити нечутливими до дії нуклеаз, а потім кон’югують із проникаючим пептидом, який допомагає всій конструкції потрапити через мембрану всередину бактеріальної клітини. Антисенсові олігонуклеотиди вже проявили антибактеріальну активність проти E. coli, S. enterica, P. aeruginosa та A. baumannii як in vitro, так і in vivo. Нещодавно було створено олігонуклеотид, який пригнічує експресію гена, що кодує Нью-Делі метало-β-лактамазу, та відновлює чутливість патогенів до β-лактамних антибіотиків.
Біотехнологічні підходи
Генетично-модифіковані бактеріофаги — це спроба розширити можливості вірусів бактерій. Так, створено фаги, які продукують фермент, що дуже ефективно розчиняє біоплівки. Помірні фаги, які на відміну від літичних здатні довго персистувати в бактерії, використовують для доставки в них потрібних генів, наприклад, таких, що підвищують чутливість бактерії до тих чи інших антибіотиків. Широкі можливості відкриває використання так званих фагмід — гібридних ДНК, що містять гени фагів та бактеріальних плазмід, а також гени, що кодують якийсь антибактеріальний агент.
Читайте також: Синтетические моноклональные антитела — будуще ревматологии
Лізини — це ферменти, які руйнують клітинну стінку бактерій та можуть діяти як антимікробні агенти. Такі ферменти продукують бактеріофаги (ендолізини) або бактерії для знищення конкурентів (екзолізини) і ремоделювання власного пептидоглікану в процесі росту (автолізини). Лізини — це білки, для яких відомі гени та які можна отримувати в генетично-модифікованих мікроорганізмах-продуцентах. Наразі два лізини для лікування бактеріємії, спричиненої S. aureus, проходять клінічні випробування (фази І і ІІа).
Моноклональні антитіла активно використовують у різних галузях медицини, перш за все в ревматології та онкології. Але останніми роками все частіше чуємо про антибактеріальні антитіла. FDA вже схвалило три препарати для лікування інфекції C. difficile (антитіла спрямовані проти токсину В) та сибірки (антитіла специфічні до протекторного антигену Bacillus anthracis). Також на різних фазах випробувань знаходяться моноклональні антитіла проти шига-токсину E. coli, ліпотейхоєвої кислоти або α-токсину S. аureus і різних антигенів P. aeruginosa.
CRISPR-Cas 9 — система, що забезпечує адаптивний імунітет бактерій шляхом розпізнавання та розрізання певних послідовностей ДНК. Інформація про те, які саме послідовності треба різати, записана в спеціально процесованих фрагментах РНК. Систему CRISPR-Cas 9 активно використовують для спрямованого редагування геному еукаріот, але її переваги можуть стати в нагоді у боротьбі з патогенними бактеріями. Так, систему вдалося «налаштувати» на розрізання генів, що кодують фактори вірулентності та резистентності до антибіотиків у карбапенем-резистентних ентеробактерій та ентерогеморагічної E. coli, а також у вірулентної S. aureus. Також встановлено, що введення нуклеаз із відповідними РНК є ефективним у боротьбі з антибіотикорезистентними бактеріями у складних бактеріальних спільнотах, таких як кишковий мікробіом. На жаль, поки можливість масового застосування CRISPR-Cas 9 у лікуванні інфекційних хвороб виглядає сумнівною.
Тетяна Ткаченко, канд. біол. наук
“Фармацевт Практик” #12′ 2019
