Созданный с помощью алгоритмов машинного обучения пептид CIT8 в лабораторных испытаниях резко сократил количество жизнеспособных клеток устойчивой к антибиотикам бактерии Acinetobacter baumannii всего за 15 минут.
Антибиотики больше не нужны? ИИ создал вещество, которое уничтожило опасные бактерии за 15 минут
Ученые надеются, что это открытие решит проблему глобальной устойчивости к лекарствам.
Unsplash
Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Frontiers in Microbiology, помимо собственного антимикробного действия, вещество усилило эффективность меропенема — антибиотика, который ранее не справлялся со многими штаммами.
Сама бактерия Acinetobacter baumannii способна вызывать тяжелые внутрибольничные инфекции вроде пневмонии и инфекций кровотока, сохраняя устойчивость сразу к нескольким группам антибиотикам.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) относит штаммы этой бактерии, устойчивые к карбапенемам, к патогенам критического приоритета, что делает борьбу с ними одной из самых актуальных задач современной медицины.
Вещество CIT8 представляет собой антимикробный пептид, состоящий из 13 аминокислот. Его спроектировали на основе природного цитропина 1.1, изменив последовательность аминокислот с помощью машинного обучения.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Алгоритмы проанализировали свойства и активность более чем 14 000 ранее изученных антимикробных пептидов. Изначально CIT8 создавали против метициллин-устойчивого золотистого стафилококка, но новое исследование доказало его эффективность и против Acinetobacter baumannii, включая штаммы, устойчивые к карбапенемам.
В ходе экспериментов пептид подавлял рост 15 из 16 проверенных штаммов бактерии при концентрации 4 микрограмма на миллилитр, тогда как для оставшегося штамма потребовалось 8 микрограммов на миллилитр. При концентрации 20 микрограммов на миллилитр CIT8 снижал число жизнеспособных бактерий с примерно 50 миллионов на миллилитр до уровня ниже порога обнаружения менее чем за 15 минут.
Для сравнения, полимиксину B при той же концентрации понадобилось от 30 минут до двух часов, а меропенем не снижал число бактерий даже через четыре часа.
Пептид воздействует непосредственно на мембрану бактериальной клетки. После контакта с ним изменяется электрический потенциал мембраны, повышается ее проницаемость, а из клетки выходит АТФ — ключевая для энергетического обмена молекула. Повреждения поверхности клеток подтвердила электронная микроскопия.
Компьютерное моделирование показало, что изменения в структуре сделали пептид устойчивее и улучшили его взаимодействие с мембраной.
При совместном применении CIT8 и меропенема количество жизнеспособных бактерий сокращалось значительно сильнее, чем при раздельном использовании. Ученые предполагают, что повреждение оболочки пептидом облегчает проникновение антибиотика внутрь клетки.
Кроме того, в лабораторных тестах пептид не проявлял заметного токсического воздействия на клетки кожи и почечного эпителия человека даже при концентрации 128 микрограммов на миллилитр, которая в разы превышала рабочие дозировки.
Ученые также испытали зеркальную форму пептида — CIT8-D. Она оказалась эффективнее против бактериальных биопленок, но имела более высокий уровень потенциальной токсичности для человеческих клеток.
Несмотря на многообещающие результаты, исследователи подчеркивают, что данные получены в лабораторных условиях. В присутствии солей и сыворотки крови активность пептида снижалась.
Прежде чем препарат можно будет применять в медицине, предстоит выяснить его стабильность в организме, распределение в тканях, способность бороться с инфекцией вне лаборатории и риск появления у бактерий устойчивости к новому соединению.
Загружаем