Новейший подход к борьбе с «супербактериями» – синтезированные антибиотики и антибактериальные полимеры

Угроза устойчивости к антибиотикам

В недавно опубликованная статьямы обсудили, что устойчивость к антибиотикам представляет собой растущую угрозу для общественного здравоохранения.

«Непосредственно в 1.27 году устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) стала причиной 2019 миллиона смертей, причем каждая пятая жертва — ребенок в возрасте до 1 лет. И 4.95 миллиона человек, умерших в 2019 году, страдали от лекарственно-устойчивых инфекций, такие как инфекции нижних дыхательных путей, кровотока и внутрибрюшные инфекции».

В этой статье мы увидели, как ИИ может помочь найти новые классы антибиотиков, способных победить устойчивость бактерий. О том, как можно использовать вирусы (бактериофаги), мы также поговорим в нашей статье «Создание живых антибиотиков: BiomX против Арматы».

Однако в нынешнем виде к 2050 году смертность от устойчивости к антибиотикам может составить до 10 миллионов в год. Частично это связано с тем, что последнее открытие нового класса антибиотиков, вышел на рынок еще в 1987 году. Но есть и другие возможные способы остановить бактериальные инфекции, включая синтетическую биологию и синтетические полимеры.

Синтетические белки

Новый антибиотик?

Новой областью биологических исследований является создание и/или модификация белков с помощью аминокислот, которые обычно не используются в живых клетках. Основная идея заключается в том, что белки теоретически могут быть построены из сотен различных аминокислот. Тот факт, что живыми организмами используются только 20 аминокислот, — это всего лишь причуда дарвиновской эволюции.

Этот метод можно использовать для модификации соединений, обладающих некоторыми интересными свойствами, и сделать их намного более эффективными.

Об этом говорит команда доктор Ишвар Сингх покончил с потенциальным новым антибиотиком, обнаруженным в почвенных бактериях. Он производит молекулу под названием тейксобактин, Было доказано, что он убивает золотистый стафилококк, включая устойчивый к антибиотикам MRSA.

Источник: Прямая наука

Как остановить появление сопротивления

Тейксобактин может быть менее подвержен развитию резистентности из-за его механизмов действия, направленных на липиды в мембране бактерий, а не на более адаптируемые белки. Тем не менее, сохраняются опасения, что крупномасштабное клиническое использование тейксобактина может вызвать резистентность.

Способ снизить этот риск — сделать антибиотик намного более мощным, уменьшив количество бактерий, способных его пережить и, следовательно, адаптироваться к нему. Команда доктора Сингха обнаружила, что они могут заменить некоторые строительные блоки белка тейксобактина более дешевыми и коммерчески доступными непротеогенными аминокислотами.

Это также увеличило антибактериальный потенциал в 16-32 раза.

Такие впечатляющие результаты могут открыть совершенно новую область исследований в области разработки антибиотиков:

• Ранее недостаточно активные соединения могут быть переработаны для создания совершенно нового класса антибиотиков.
• Антибиотики, которые страдают от широко распространенной резистентности, могут быть модифицированы, чтобы обойти механизмы резистентности.
• Новые молекулы могут быть созданы с нуля, используя конструкции синтетических белков, возможно, с использованием искусственного интеллекта для разработки и проверки антибактериальной активности.

Синтетические полимеры

Универсальные убийцы бактерий

Существуют химические воздействия, к которым бактерии не вырабатывают значительной устойчивости. Например, чистый спирт сегодня может дезинфицировать поверхности так же хорошо, как и столетия назад. Это связано с тем, что антибактериальный эффект связан с фундаментальными физическими эффектами. В случае с алкоголем способность этанола разрушать трехмерную конфигурацию белков наносит ущерб любым формам жизни.

Проблема с использованием таких механизмов в антибиотиках заключается в том, что, будучи универсальными, они также очень токсичны для клеток человека. Это означает, что их, как правило, невозможно использовать внутри тела пациента в случае инфекции.

Селективные синтетические полимеры

Одним из универсальных химических явлений, токсичных для бактериальных клеток, является разрушение клеточных мембран. Этого можно достичь с помощью катионных полимеров, которые разрушают химический градиент между внутренней и внешней частью бактериальной клетки.

Проблема при разработке антибиотиков с этими молекулами заключается в том, что они токсичны для клеток млекопитающих (то есть человека).

Техасская команда A&M под руководством Доктор Квентин Мишодель думают, что нашли способ решить проблему. Они обнаружили, что можно модифицировать полимер так, чтобы он был вреден для бактерий, но не для клеток млекопитающих (или, по крайней мере, в гораздо меньшей степени).

«Размещение катионных групп ближе к ядру полимерной архитектуры, а не к присоединенным боковым цепям, может улучшить как их биологическую активность, так и селективность в отношении бактериальных клеток по сравнению с клетками млекопитающих». – PNAS

Этот процесс, в большей степени зависящий от химии, чем от биологии, может быть распространен на многие другие полимеры с аналогичными свойствами. В долгосрочной перспективе это может стать одним из наиболее многообещающих направлений для разработки антибактериального/антибиотического продукта, который не будет вызывать резистентность в долгосрочной перспективе.

Компании, которые выиграют от этих открытий

Лицензия на тейксобактин передана компании. Новобиотик. Однако это частная компания, поэтому она недоступна для подавляющего большинства инвесторов.

Синтетические полимеры, вероятно, будут лучше всего производить промышленные гиганты, имеющие опыт в производстве сложных полимеров, такие как BASF (БАСФИ) или Доу (DOW). Но, конечно, это может зависеть от будущих патентов и лицензий со стороны университетов и исследователей, открывших этот продукт. Но в любом случае в долгосрочной перспективе такие антибиотики потеряют патенты и станут химическим товаром, что принесет выгоду гигантам химической промышленности или производителям непатентованных лекарств, таким как Sandoz Group AG (СДЗНИ)

Если ИИ окажется полезным для ранней проверки токсичности или поиска новых соединений, следуя идеям этих открытий в области синтетической биологии, компании, которые мы выделили ранее, Как Шрёдингер, Инк. (SDGR), excientia (ЭКСАИ), и Рекурсионная фармацевтика (RXRX)Inc вероятно, тоже сможет внести свой вклад.