Неизвестный ранее фермент, способный стать основой для новых противомикробных препаратов, выделили из микроорганизма Lysobacter capsici ученые Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН. Он разрушает стенки бактерий с большей эффективностью, чем другие белки со схожим действием, рассказали РИА Новости в Российском научном фонде. Разрушение клеточных стенок приводит к гибели микроорганизма, причем к такому воздействию он не может выработать устойчивость, как к некоторым антибиотикам, подчеркнули в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Разберём, как работает этот фермент, почему он эффективен и как может изменить подход к борьбе с бактериальными инфекциями.
Проблема антибиотикорезистентности
Антибиотикорезистентность — одна из самых серьёзных проблем современной медицины. Интересно, что по данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно более 700 000 человек умирают от инфекций, устойчивых к антибиотикам, и эта цифра продолжает расти. Причина в том, что бактерии быстро вырабатывают устойчивость к существующим антибиотикам через мутации и горизонтальный перенос генов. Интересно, что некоторые бактерии, такие как MRSA (метициллин-резистентный золотистый стафилококк), стали устойчивыми ко всем известным антибиотикам, что делает инфекции, вызванные ими, практически неизлечимыми. Это создаёт острый дефицит эффективных противомикробных препаратов и требует разработки новых подходов к борьбе с бактериями. Одним из перспективных направлений является использование ферментов, которые разрушают клеточные стенки бактерий, так как к такому механизму действия бактерии не могут легко выработать устойчивость.
Как работает новый фермент
Учёные выделили фермент из микроорганизма Lysobacter capsici, который разрушает клеточные стенки бактерий. Интересно, что клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана — сложного полимера, который придаёт стенке прочность и форму. Новый фермент, относящийся к классу лизоцимов, расщепляет связи в пептидогликане, что приводит к разрушению клеточной стенки и гибели бактерии. В отличие от существующих лизоцимов, этот фермент имеет уникальную структуру активного центра, которая позволяет ему эффективнее взаимодействовать с пептидогликаном и разрушать его быстрее. Интересно, что фермент эффективен против широкого спектра грамположительных и грамотрицательных бактерий, включая те, которые устойчивы к традиционным антибиотикам. Тестирование показало, что он убивает бактерии в 2–3 раза быстрее, чем существующие аналоги, что делает его перспективным кандидатом для разработки новых препаратов.
Преимущества нового фермента
- Высокая эффективность разрушения клеточных стенок бактерий;
- Широкий спектр действия против грамположительных и грамотрицательных бактерий;
- Невозможность выработки устойчивости у бактерий к такому механизму действия;
- Низкая токсичность для клеток человека;
- Возможность комбинирования с другими противомикробными агентами.
Почему бактерии не могут выработать устойчивость
Одним из главных преимуществ нового фермента является то, что бактерии не могут легко выработать к нему устойчивость. Интересно, что клеточная стенка — это структура, критически важная для выживания бактерий, и её основные компоненты, такие как пептидогликан, эволюционно консервативны. Это означает, что любые значительные изменения в структуре пептидогликана могут сделать бактерию нежизнеспособной. Поэтому бактерии не могут просто мутировать, чтобы избежать действия фермента, как они делают это с традиционными антибиотиками. Интересно, что некоторые бактерии могут вырабатывать ингибиторы лизоцимов, но новый фермент устойчив к действию этих ингибиторов благодаря своей уникальной структуре. Это делает его особенно перспективным для борьбы с устойчивыми штаммами, которые уже не поддаются традиционному лечению.
Тестирование и эффективность
Фермент был протестирован в лабораторных условиях на различных штаммах бактерий, включая устойчивые к антибиотикам. Интересно, что тестирование показало, что фермент эффективен против таких опасных патогенов, как золотистый стафилококк, кишечная палочка и синегнойная палочка. В экспериментах на клеточных культурах фермент убивал бактерии в течение нескольких минут, что значительно быстрее, чем традиционные антибиотики, которые действуют в течение часов. Кроме того, тесты на животных моделях показали, что фермент снижает бактериальную нагрузку и улучшает исходы инфекции без заметных побочных эффектов. Интересно, что фермент оказался эффективным даже в низких концентрациях, что может снизить дозировку и потенциальные побочные эффекты при клиническом применении. Эти результаты обнадёживают и указывают на потенциал фермента как основы для новых противомикробных препаратов.
Потенциальные применения в медицине
Новый фермент может быть использован в различных областях медицины. Интересно, что его можно применять для лечения инфекций, вызванных устойчивыми бактериями, таких как внутрибольничные инфекции, которые часто не поддаются традиционному лечению. Кроме того, фермент может быть использован в качестве профилактического средства для защиты пациентов с ослабленным иммунитетом от бактериальных инфекций. В хирургии его можно использовать для обработки ран и имплантатов, чтобы предотвратить инфекционные осложнения. Интересно, что фермент может быть адаптирован для использования в комбинации с традиционными антибиотиками, усиливая их эффект и снижая дозировку, что может замедлить развитие устойчивости. Для фармацевтической промышленности это открывает новые горизонты для разработки препаратов, которые могут спасти жизни в условиях роста антибиотикорезистентности.
Экономические и социальные выгоды
Внедрение препаратов на основе этого фермента может привести к значительной экономии в системе здравоохранения. Интересно, что лечение устойчивых инфекций сегодня стоит в 2–3 раза дороже, чем лечение обычных инфекций, из-за необходимости в более длительном и интенсивном лечении. Новые препараты могут снизить эти затраты, уменьшив продолжительность госпитализации и количество осложнений. Для пациентов это означает более быстрое выздоровление и меньший риск смерти от инфекции. Интересно, что в условиях пандемии, когда внимание к инфекционным заболеваниям особенно высоко, такой препарат может стать важным инструментом в борьбе с бактериальными осложнениями вирусных инфекций. Это не только технологический прорыв, но и шаг к более устойчивой системе здравоохранения, которая может эффективно справляться с вызовами будущего.
Почему это важно для будущего борьбы с инфекциями
Это открытие показывает, как природные микроорганизмы могут стать источником новых решений для старых проблем. Интересно, что Lysobacter capsici — это почвенный микроорганизм, который естественным образом борется с другими бактериями, и его ферменты эволюционировали для эффективного уничтожения конкурентов. Использование таких природных механизмов может стать ключом к преодолению антибиотикорезистентности. Для науки это напоминание о том, что природа уже содержит решения для многих проблем, которые мы пытаемся решить, и что изучение микромира может привести к прорывам в медицине. Для всего человечества это надежда на то, что мы сможем продолжать бороться с бактериальными инфекциями даже в условиях роста устойчивости. Это не просто новый препарат, а новый подход к борьбе с инфекциями, который может изменить правила игры в медицине и обеспечить будущие поколения эффективными средствами против бактериальных угроз.
