Подавление активности фермента биотин-лигазы, необходимого для построения клеточной стенки возбудителя туберкулеза, успешно уничтожает микобактерий в клеточной культуре и на мышиной модели заболевания, сообщают исследователи в статье в Science Translational Medicine. Кроме того, подавление синтеза этого фермента вернуло лекарственно-устойчивым бактериям чувствительность к антибиотикам.
Возбудитель туберкулеза бактерия Mycobacterium tuberculosis обладает уникальной по составу клеточной стенкой с большим разнообразием липидов. Подавление синтеза липидов лежит в основе эффективной терапии туберкулеза — так, антибиотик изониазид, в первую очередь назначаемый для лечении заболевания, ингибирует синтез специфических жирных кислот (миколовых кислот) в клеточной стенке микобактерий. Однако при неправильном режиме терапии возбудители относительно быстро теряют чувствительность к изониазиду, с чем связано распространение лекарственно-устойчивых форм туберкулеза.
Исследователи из Медицинского колледжа Уэйл Корнелл в Нью-Йорке под руководством Дерка Шнаппингера (Dirk Schnappinger)предложили новую мишень для нарушения синтеза клеточной стенки — биотин-лигазу, которая присоединяет молекулу биотина к ацил-коэнзим А-карбоксилазам. Эти ферменты синтезируют целое семейство липидов клеточной стенки микобактерий. Биотин, известный также как витамин B7, необходим для реакций в активном центре ферментов, и без него они не работают.
В предшествующих работах ученые синтезировали панель ингибиторов биотин-лигазы (BPL) и выбрали самый перспективный, который получил название Bio-AMS. В новой работе исследователи проверили действие ингибитора на рост микобактерий. Новый препарат так же эффективно убивал бактерий в культуре, как и изониазид. Ученые выяснили, что лекарственно-устойчивые мутанты появляются только при действии низких доз ингибитора, но при действии высоких доз устойчивость к препарату не развивается. Кроме того, Bio-AMS убивал бактерий в культуре мышиных макрофагов (клеток иммунитета).
При терапии больным как правило назначают комбинацию препаратов, чтобы избежать развития устойчивости, поэтому исследователи проверили также взаимодействие Bio-AMS с тремя самыми действенными противотуберкулезными антибиотиками — рифампицином, изониазидом и этамбутолом. Оказалось, что комбинация рифампицина с Bio-AMS позволяет снизить эффективную дозу обоих препаратов в эксперименте на культуре бактерий.
Тем не менее, на мышах проверить ингибитор не удалось, так как в организме животных он быстро разрушался. Поэтому авторы выбрали другой подход и проверили эффективность подавления активности фермента у генномодифицированных микобактерий со специально сконструированной системой «выключения» биотин-лигазы при заражении мышей. Мышиная модель показала, что выключение фермента уничтожает возбудителя как при острой, так и при хронической форме туберкулеза, и увеличивает чувствительность рифампицин-устойчивого штамма к этому антибиотику.
Таким образом, авторы работы показали перспективность подавления биотинилирования ферментов микобактерий для терапии туберкулеза, в том числе некоторых его лекарственно-устойчивых форм. Чтобы продолжать эксперименты на животных и провести клинические испытания на людях, авторы планируют модифицировать Bio-AMS, чтобы увеличить его стабильность и биодоступность.
По данным ВОЗ, в 2016 году в мире заболело туберкулезом десять миллионов человек, а более полутора миллионов умерло от этой болезни. Более 600 тысяч новых случаев оказалось вызвано лекарственно-устойчивыми формами возбудителя.
Дарья Спасская