Из ранее не культивируемой бактерии выделен новый антибиотик

Считается, что около 99% всех видов бактерий на данный момент не удается культивировать. Но именно среди них могут скрываться источники новых препаратов, особенно антибиотиков. Ранее авторы новой статьи разработали особый метод для культивирования новых видов бактерий — iChip. Используя этот подход, они вырастили в культуре почвенную бактерию, которая продуцирует кловибактин – ранее не описанный антибиотик, который подавляет синтез клеточной стенки. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Авторы исследования вырастили в культуре новый изолят почвенной бактерии Eleftheria terrae (производит антибиотик теиксобактин), который получил название E. terrae ssp. carolina, так как был выделен из образца песчаной почвы Северной Каролины. Исследование биологически активных соединений, продуцируемых этим изолятом, показало, что он выделяет уже известный антибиотик калимантацин. Примечательно, что новый изолят продуцирует фракцию, которая активно уничтожала сенную палочку Bacillus subtilis и золотистый стафилококк Staphylococcus aureus, а ведь калимантацин неэффективен против B. subtilis. Чтобы увеличить выработку неизвестного антибиотика, исследователи «отключили» биосинтез калимантацина в клетках E. terrae ssp. carolina.

Дальнейшее исследование антибактериального вещечтва, продуцируемого новым изолятом, с помощью жидкостной хроматографии высокого давления, ядерного магнитного резонанса и других методов позволило выделить новый антибиотик и определить его структуру. Веществу дали название кловибактин. Кроме того, ученые секвенировали геном E. terrae ssp. carolina, определили кластер генов, ответственных за биосинтез кловибактина, и восстановили путь его биосинтеза.

Кловибактин был эффективен против грамположительных бактерий, включая метициллинрезистентный золотистый стафилококк (MRSA), даптомицинрезистентный и обладающий промежуточной резистентностью к ванкомицину штамм S. aureus, а также устойчивые к ванкомицину Enterococcus faecalis и E. faecium. В опытах на мышах, иммунная система которых не могла справиться с инфекцией, новый антибиотик снижал бактериальную нагрузку S. aureus примерно с той же эффективностью, что и ванкомицин. Даже при высоких концентрациях кловибактин не демонстрировал цитотоксичности по отношению к клеткам млекопитающих. Получить резистентные мутанты не удалось, так что частоту возникновения резистентности оценили как менее 10^-10.

Чтобы определить, на какой процесс в бактериальной клетке влияет кловибактин, ученые внедрили в клетки S. aureus меченные предшественники различных соединений, а именно ДНК, РНК, белков и пептидогликана. Оказалось, что кловибактин препятствует вставке N-ацетилглюкозамина в клеточную стенку, не влияя на синтез ДНК, РНК и белков. Клетки B. subtilis, обработанные кловибактином, имеют искаженную форму, как под действием других антибиотиков, препятствующих синтезу клеточной стенки.

Дальнейший анализ показал, что кловибактин действительно мешает нормальному биосинтезу пептидогликана, влияя на синтез его предшественника — липида II, сложного липида с консервативной пирофосфатной группой. Более того, молекулы кловибактина образуют супрамолекулярные комплексы, которые «хватают» липид II за консервативную пирофосфатную группу. В целом, благодаря гидрофобной поверхности супрамолекулярных комплексов, кловибактин эффективно связывает многие предшественники клеточной стенки, имеющие свободную пирофосфатную группу. Кроме того, под действием нового антибиотика бактерии выпускают ферменты аутолизины. Авторы исследования полагают, что, поскольку указанная пирофосфатная группа является высококонсервативной, утратить устойчивость к кловибактину бактериям будет крайне сложно.

Получен новый антибиотик — производное пептида клопа