Именно в это время идёт разработка и первые испытания индивидуальных антибиотиков. Что это такое?
Йорг Фогель и Линда Попелла ведут повторный поиск нового класса антибиотиков. (Изображение: Бритта Григулл / HIRI)
В борьбе с пандемией Covid-19 вакцины на основе мРНК впечатляюще продемонстрировали свой потенциал. Используя эту технологию, ученые смогли быстро разработать и вывести на рынок вакцины против SARS-CoV-2, которые оказались чрезвычайно эффективными для защиты миллионов людей от тяжелого прогрессирования заболевания COVID-19 или даже смерти.
Однако лекарства на основе РНК могут использоваться не только для борьбы с вирусами. Среди прочего, его также можно рассматривать как кандидата на новый тип антибиотиков, которые можно использовать для индивидуального лечения бактериальных инфекций.
Какие требования должны выполнять эти активные вещества и как они действуют на бактерии – это было исследовано учёными из Университета Вюрцбурга (JMU). Были задействованы команды из Института молекулярной биологии инфекций (IMIB) и Института исследований инфекций на основе РНК Гельмгольца (HIRI).
Традиционные антибиотики все чаще оказываются неэффективными
“Число устойчивых к антибиотикам бактериальных штаммов растет во всем мире; лечение обычными активными препаратами все чаще и чаще оказывается неэффективным. Поэтому нам срочно нужны новые лекарства для целенаправленной и эффективной борьбы с этими патогенами ”. Вот как профессор Йорг Фогель описывает предпосылки работы, которая сейчас опубликована. Фогель является заведующим кафедрой молекулярной биологии инфекций I в JMU и директором HIRI, а также соответствующим автором этого исследования.
Программируемые антибиотики с мРНК могут стать решением этой проблемы. Стратегия проста: “Мы вводим в бактерии короткие цепочки оснований, которые разработаны так, чтобы точно соответствовать определенным генам”, - объясняет Фогель. Когда эти фрагменты связываются с соответствующей мРНК интересующего гена, они прекращают выработку белка, и в идеале бактерия в результате погибает.
Отключается зеркальным отображением
В науке этот подход известен как “отражающая технология”. Структура этих активных веществ является зеркальным отображением гена, что позволяет им эффективно блокировать его. Первые препараты, работающие по этому принципу, уже представлены на рынке, например, для лечения последствий спинальной мышечной атрофии или инфекции гепатита С. Тем не менее, антибиотики с мРНК пока ограничены лабораторными исследованиями.
В своем исследовании ученые из Вюрцбурга сосредоточились на бактериальных штаммах типа “уропатогенная кишечная палочка (UPEC)”. В подавляющем большинстве случаев эти бактерии вызывают инфекцию мочевыводящих путей примерно у каждой второй женщины один раз в жизни. Чрезмерное использование антибиотиков в последние десятилетия привело к развитию резистентности многих из этих бактерий к современным терапевтическим средствам, что особенно осложняет лечение часто возникающих рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей.
Ответы на три ключевых вопроса
Задействованные исследовательские группы стремились ответить на три основных вопроса. Во-первых: являются ли разработанные активные агенты (в частности, отображающие пептидные нуклеиновые кислоты, которые нацелены на мРНК основных бактериальных генов) специфичными? Другими словами, действительно ли они блокируют только один конкретный бактериальный ген? Или, возможно, они также влияют на другие мРНК? Ответ очевиден: “Наши результаты показывают, что применяемые пары оснований блокируют только интересующий ген”, - говорит Фогель.
Второй: как бактерия реагирует на транслокацию этих РНК-антибиотиков в клетку? Ответ: Бактерии проявляют реакцию на стресс, и поэтому, к сожалению, не так, как хотелось бы. В основном это связано с тем, что отображающие пептидные нуклеиновые кислоты имеют сравнительно большой размер. Следовательно, стресс возникает в первую очередь, когда эти биомолекулы пересекают бактериальную мембрану.
Тем не менее, есть хорошие новости в отношении ответа на третий вопрос: возможно ли уменьшить эти “фрагменты пары оснований”? Да, это так. “До сих пор ученые предполагали, что для предотвращения любого неспецифического связывания с другими генами необходимо от девяти до 14 пар оснований”, - объясняет Фогель. Опубликованные результаты теперь показывают, что достаточно девяти пар оснований; таким образом, фрагменты могут быть относительно небольшими.
В целом, по мнению авторов исследования, результаты показывают, что антибиотики на основе мРНК в принципе подходят для борьбы с уропатогенными штаммами кишечной палочки.
Данная тема актуальна на современном этапе. Потому как “Если мы не хотим, чтобы устойчивые к антибиотикам микробы мешали успехам современной медицины, нам нужны новые инструменты, которые облегчают целенаправленное лечение патогенов”, - говорит Йорг Фогель.
В любом случае, обычные антибиотики не способны этого достичь. И разработка антибиотиков, направленных на мРНК инфекционного агента, вызвавшего заболевание - имеет действительные перспективы, новый уровень воздействия на патоген.
В настоящий момент начата разработка антибиотиков на основе РНК и для других патогенных микроорганизмов.