Из лунного молока выделили пептидные антибиотики

Бельгийские ученые изучили геном стрептомицетов из налета на стенах пещер, который называют лунным молоком, и обнаружили гены ферментной системы, синтезирующей пептидные антибиотики из ранее неизвестной химической группы. Ученые восстановили химическую структуру пептидов, получивших название лунемицины, и испытали их против бактерий, вызывающих инфекции у людей. Соединения показали себя эффективными средствами против грамположительных бактерий. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Устойчивость бактерий к антибиотикам уже входит в тройку ведущих причин смертей в мире (о проблеме антиботикорезистентности мы рассказывали в материале «Конец прекрасной эпохи»). В конечном итоге резистентность выработается к любому антибиотику — это лишь вопрос времени. Поэтому ученые непрерывно ищут новые антимикробные соединения — иногда in silico, а иногда в экосистемах, где живет много бактерий, вынужденных конкурировать между собой за скудные ресурсы.

Пример такого сообщества — стены пещер. Чтобы, выжить в пещере, надо быть либо экстремально устойчивым к природным изменениям, либо вырабатывать антибиотики. В выработке антимикробных средств особенно преуспели стрептомицеты — грамположительные бактерии из группы актинобактерий. Большинство штаммов стрептомицетов синтезируют до нескольких десятков антимикробных соединений одновременно, и за их синтез отвечает до нескольких десятков процентов генома.

Одно из микробных бактериальных пещерных сообществ — лунное молоко — во многом состоит из стрептомицетов. Еще в средние века его использовали в народной медицине для лечения инфекционных болезней кожи и глаз у человека и домашних животных.

Бельгийские микробиологи и химики под руководством Себастьена Ригали (Sebastien Rigali) из Университета Льежа исследовали метаболом и геном одного из микроорганизмов, входящих в состав лунного молока в бельгийской пещере Grotte des collemboles. Они собрали три образца налетов со стен пещеры и выделили из них 18 штаммов, относящихся к виду Streptomyces lunaelactis (вид был несколькими годами ранее открыт группой профессора Ригали).

Проведя секвенирование их генома, ученые обнаружили у разных штаммов общий кластер генов, закодированный в плазмиде. Этот участок генома (его назвали BGC28a) состоял из примерно 70 тысяч пар нуклеотидов и кодировал мультисубъединичный ферменный комплекс из семейства синтетаз нерибосомных пептидов. В состав кластера вошли гены, продукты которых, судя по анализу их последовательности, позволяли синтезировать стрептомицетам D-изомер фенилаланина и некодируемую геномом пиперазовую аминокислоту.

Получив доказательства того, что бактерии имеют достаточный генетический аппарат для синтеза антимикробных нерибосомных гексапептидов, ученые приступили к поиску самих соединений. Они вырастили культуры нескольких штаммов стрептомицетов и при помощи масс-спектрометрии высокого разрешения исследовали обнаружили 15 соединений с молекулярной массой в диапазоне 700-800 дальтон. Новую группу антимикробных пептидов они назвали лунемицинами. Масс-спектрометрия показала, что среди них преобладает вещество с брутто-формулой C₃₅H₅₂N₁₀O₇, названное лунемицином А.

Ученые отобрали три лунемицина, преобладавших в метаболоме S. lunaelactis (лунемицины A, B1, D) и исследовали их антимикробное действие в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий. Результаты показали, что антибиотик эффективен в отношении грамположительных бактерий, но неэффективен против грамотрицательных. Минимальная ингибирующая концентрация для разных молекул и возбудителей лежит в диапазоне 0,12-0,5 микрограмм на миллилитр (это довольно высокий результат по меркам современных антибиотиков). Новые антибиотики эффективно противостояли резистентным микроорганизмам, таким как метициллинрезистентный золотистый стафилококк.

Исследование доктора Ригали с коллегами показывает, что хотя многие лекарственные средства разрабатывают на компьютере, возможности поиска новых соединений в природе далеко не исчерпаны — удалось найти новый класс химических соединений с фармакологическим потенциалом в обжитой части центра Европы.

Но необязательно лезть в пещеру, чтобы найти новые классе антимикробных молекул. Недавно методы биоинформатики позволили найти несколько сотен таких соединений в человеке.