Фаги та біоматеріали можуть змінити підхід до боротьби з антибіотикорезистентністю

Науковці досліджують принципово нові способи боротьби з резистентними бактеріями — від наночастинок, які змушують мікроорганізми руйнувати власні життєво важливі білки, до «бактерій-обманщиків» і персоналізованих фагових коктейлів, здатних відновлювати чутливість до антибіотиків.

Антимікробна резистентність (АМР) залишається глобальною проблемою охорони здоров’я, яка безпосередньо впливає на можливості лікування бактеріальних інфекцій. Особливо складною ситуація стає при хронічних ранах, інфекціях імплантів та інших станах, де бактерії здатні утворювати біоплівки й тривалий час зберігатися навіть на тлі антибактеріальної терапії.

Серед мікроорганізмів, які найчастіше виявляють у хронічних ранах, — Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp., Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae та Enterobacter spp. Частина цих бактерій, зокрема MRSA, демонструє високу стійкість до поширених антибіотиків, суттєво звужуючи можливості терапії.

На цьому тлі дослідники шукають способи не просто створювати чергові антибіотики, а принципово змінювати механізм боротьби з бактеріями.

Замість блокування білка — змусити бактерію його знищити

Один із перспективних експериментальних підходів спрямований на білок MurD — фермент, необхідний для синтезу пептидоглікану, ключового структурного компонента бактеріальної клітинної стінки.

Науковці розробили бактеріальний наноіндуктор bacNID, завдання якого — не просто заблокувати MurD, а спричинити його деградацію всередині самої бактерії.

Для цього пептиди, здатні розпізнавати MurD, поєднали із золотими наночастинками та спеціальною міткою SsrA. Наночастинки виконували роль транспортної системи, допомагаючи доставити конструкцію всередину бактерії. Після зв’язування з MurD система фактично «обманювала» бактеріальну протеазу ClpXP, змушуючи її руйнувати власний життєво необхідний білок.

Наслідком ставало порушення синтезу клітинної стінки та загибель бактерії.

Особливо важливо, що bacNID продемонстрував активність як проти модельних грампозитивних, так і проти грамнегативних бактерій, при цьому характеризувався низькою цитотоксичністю щодо нецільових клітин ссавців.

Дослідники також виявили пошкодження клітинної стінки бактерій із витоком ДНК та АТФ. Водночас після тривалого впливу bacNID у проведених експериментах не спостерігали формування резистентності, характерної для традиційних антибактеріальних препаратів.

Результати вийшли за межі лабораторної чашки

Технологію перевірили й на тваринних моделях.

На моделі інфікованої шкірної рани bacNID не лише знижував інфекційне навантаження, а й асоціювався з кращим загоєнням: більшою проліферацією клітин шкіри, неоангіогенезом та зменшенням запалення.

Метод також випробували на моделях незагойного кератиту, інфікованого S. aureus, і коліту, індукованого S. typhimurium, де також була продемонстрована висока ефективність.

Наступним напрямом досліджень має стати використання цієї платформи для деградації інших бактеріальних білків, зокрема факторів вірулентності та метаболічних ферментів. Розглядаються також системи, які активуватимуться лише в специфічному мікросередовищі інфекції, наприклад залежно від pH або присутності певних ферментів.

Перегляньте запис:

Інша проблема — біоплівки на імплантах

Навіть ефективний антибіотик може виявитися недостатньо дієвим, якщо бактерії формують біоплівку.

Це особливо актуально для ортопедичних та інших імплантів. Позаклітинний матрикс біоплівки погіршує проникнення антибактеріальних препаратів та створює середовище, яке допомагає бактеріям уникати нормальної імунної відповіді.

Щоб обійти цей бар’єр, дослідники запропонували доволі незвичайну концепцію: використати самі бактерії як транспорт для доставки препаратів усередину біоплівки.

Для цього бактеріальні клітини обробляли хлоридом кальцію, збільшуючи проникність їхньої мембрани та здатність поглинати препарати. Після цього ультрафіолетове випромінювання використовували для деактивації механізму відновлення мембрани.

Отримані хімічно модифіковані та інактивовані бактерії — своєрідні «бактерії-обманщики» — могли проникати в біоплівку, а потім вивільняти там лікарський засіб.

Причому проникнення виявилося значною мірою видоспецифічним: модифікований S. aureus значно краще проникав у біоплівку S. aureus, а E. coli — у біоплівку E. coli.

«Бактерії-обманщики» вплинули не лише на біоплівку, а й на імунітет

Ще цікавішими виявилися результати експериментів in vivo.

На моделі інфекції підшкірного імпланта дослідники зафіксували посилення активації зрілих дендритних клітин і M1-подібних макрофагів. Також збільшувалася кількість В-клітин пам’яті та антитіл з антимікробними функціями.

Після проведеного лікування тварин повторно інфікували MRSA. 86% мишей, які отримували експериментальну терапію, змогли відторгнути повторне зараження MRSA, тоді як усі тварини контрольної групи загинули від інфекції.

Автори розглядають це як потенційне свідчення формування бактеріально-специфічної системної імунної пам’яті.

Втім, до клінічного застосування ще далеко. Наступними етапами мають стати дослідження на великих тваринних моделях — кроликах, свинях і собаках.

Ще один перспективний напрям — бактеріофаги

Бактеріофаги — це віруси, які специфічно інфікують бактеріальні клітини та можуть спричиняти їх лізис.

Важлива особливість фагової терапії полягає в тому, що фаги можуть діяти на бактерії в біоплівках, а їхнє поєднання з антибіотиками в окремих ситуаціях здатне створювати синергічний ефект.

В одному з описаних клінічних випадків фаговий коктейль використали для лікування 36-річної пацієнтки з рефрактерним медіастинітом, спричиненим Pseudomonas aeruginosa, та інфекцією судинного трансплантата.

Такі інфекції є особливо складними, оскільки експлантація судинного трансплантата можлива не завжди, а тривала антибактеріальна терапія не гарантує ерадикації бактерій із біоплівки.

Для конкретної пацієнтки дослідники провели тестування клінічних ізолятів P. aeruginosa на чутливість до різних фагів і сформували найбільш активну комбінацію. Паралельно контролювали можливу системну запальну реакцію на внутрішньовенне введення фагів.

Фаги змогли повернути бактерії чутливість до антибіотиків

Це, ймовірно, один із найцікавіших результатів описаної роботи.

Підібраний фаговий коктейль відновив чутливість бактерій до антибіотиків шляхом зміни механізмів бактеріального відтоку.

Зокрема, була відновлена чутливість до фторхінолонів. Це дозволило знову використати їх як пероральну супресивну антибактеріальну терапію для тривалого лікування.

Тобто потенційна роль фагів може полягати не лише в безпосередньому знищенні бактерій. У певних випадках вони можуть чинити еволюційний тиск на мікроорганізм таким чином, що резистентна бактерія знову стає вразливою до антибіотика.

Це відкриває принципово інший напрям боротьби з АМР: не обов’язково постійно створювати нові антибіотики — можливо, частині вже наявних препаратів можна буде повернути ефективність.

Перегяньте записи:

Чи готова фагова терапія до широкого використання?

Поки що існують суттєві перешкоди.

Фаги дуже специфічні до бактерій, тому для персоналізованої терапії необхідно швидко визначити патоген, перевірити його чутливість до конкретних фагів та оцінити взаємодію фага з антибіотиком.

Дослідники планують розширювати банки клінічно готових фагів, прискорювати їх підбір, стандартизувати тестування чутливості та синергії «фаг + антибіотик», а також адаптувати виробництво до вимог GMP.

Не заміна антибіотикам, а новий спосіб боротьби з резистентністю

Описані технології поки не означають, що антибіотики найближчим часом стануть непотрібними. Значна частина підходів перебуває на доклінічному або ранньому трансляційному етапі.

Проте сама стратегія боротьби з АМР поступово розширюється. Науковці намагаються не лише безпосередньо вбивати бактерії, а й руйнувати їхні життєво важливі білки, проникати крізь біоплівки, активувати імунну відповідь та за допомогою фагів повертати мікроорганізмам чутливість до вже існуючих антибіотиків.

Саме комбінація антибіотиків, фагів, біоматеріалів та персоналізованого підбору терапії може стати одним із перспективних напрямів лікування складних резистентних інфекцій у майбутньому.

ДЖЕРЕЛО: Genengnews

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.