Халицин активен против возбудителя туберкулеза, но есть вопросы к его стабильности

Появление штаммов Mycobacterium tuberculosis, устойчивых ко многим или вообще всем известным антибиотикам, требует продолжения поиска новых активных соединений. В 2020 году исследователи из Массачусетского технологического института обучили нейросеть предсказывать молекулы с антибактериальной активностью. В результате скрининга химических библиотек ИИ обнаружил молекулу SU3327, которая отличалась от традиционных антибиотиков. Соединение получило название «халицин» в честь системы ИИ Hal из научно-фантастического романа Артура Кларка «2001: Космическая одиссея». Халицин действительно показал широкую антибактериальную активность в разных экспериментальных моделях, но применительно к M. tuberculosis он был проверен только на лабораторном штамме H37Rv.  

 Синтез халицина реакцией аминотиола (1) и бромида (2)

International Journal of Antimicrobial Agents (Elsevier) опубликовал статью коллектива авторов из России и Болгарии о пилотном исследовании, в котором было изучено действие халицина не только на референс-штамме, но и на чувствительных и мультирезистентных клинических штаммах M. tuberculosis.

Значения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) халицина составили 12,5 мкг/мл для всех проверенных штаммов. Этот результат аналогичен ранее опубликованному для H37Rv (16 мкг/мл) и лучше, чем относительно высокие, т.е. менее эффективные значения МИК для грамотрицательных бактерий. Однако при использовании того же раствора халицина в диметилсульфоксиде (ДМСО), хранившегося 40 дней при -20°C, значения МИК для всех штаммов оказались >50 мкг/мл, то есть активность соединения заметно снизилась. «Тестирование методом ЯМР показало, что халицин достаточно стабилен в растворе ДМСО в различных температурных условиях. Это указывает на то, что снижение активности может быть обусловлено какими-то другими механизмами», — отмечает Георги Добриков (Институт органической химии с центром по фитохимии Болгарской академии наук).

Также был проведен эксперимент на плотной среде in vitro для отбора спонтанных мутантов, устойчивых к повышенной концентрации халицина (8× МИК). Чашки Петри инкубировали при 37°C в течение 8 недель. К концу эксперимента на контрольных чашках образовался бактериальный газон, а на агаре с халицином колонии вообще не выросли.

Авторы исследования предположили, что это может быть связано с уникальным механизмом действия халицина, имеющего две несвязанные мишени в бактериальной клетке. Во-первых, он действует на дыхательную цепь и синтез АТФ, и во-вторых, активирует нитроредуктазу микроба, вызывающую его оксидативное повреждение. Концентрация халицина 8× МИК не была чрезмерно высокой. Например, ранее был описан аналогичный эксперимент in vitro, в котором суспензию штамма H37Rv сеяли на агар с нитрофураниламидом в такой же высокой концентрации 8× MIC, и через 4 недели наблюдали рост устойчивых колоний. Подобно халицину, нитрофураны активируются за счет восстановления их 5-нитрогруппы, но в отличие от халицина, они не имеют другого основного механизма действия.

«Фактически халицин убивает быстрее, чем микроб успевает отобрать полезные мутации устойчивости в обоих мишенях и прежде, чем само соединение станет неактивным», — говорит Игорь Мокроусов (Институт имени Пастера, Санкт-Петербург).

Таким образом, исследование выявило контрастные свойства халицина, которые указывают на будущие направления исследований этого соединения. К положительным сторонам можно отнести, во-первых, его быстрое бактерицидное действие: в ходе длительного эксперимента in vitro не было получено спонтанных устойчивых клонов. Во-вторых, халицин был достаточно активен против как чувствительных, так и резистентных штаммов, принадлежащих к основным филогенетическим линиям M. tuberculosis. В-третьих, при длительном хранении в сухом виде при комнатной температуре активность соединения не изменилась.

Однако обнаруженное снижение активности раствора халицина в ДМСО при хранении на -20°C неприемлемо для рутинного лабораторного процесса. «В микобактериологических лабораториях растворы антибиотиков, используемые для определения чувствительности штаммов к препаратам, не готовят непосредственно перед каждым тестом, и их аликвотированные стоки должны оставаться стабильными на -20°C длительное время», — подчеркивает Вячеслав Журавлев (СПб НИИ фтизиопульмонологии).

Стабильность потенциальных антибактериальных соединений имеет критическое значение. Наиболее известным примером из ранней эры антибиотикотерапии является нестабильность пенициллина, которая, наряду с другими факторами, задержала его широкое применение более чем на десятилетие.

Работа выполнена при частичной поддержке РНФ (грант 24-44-00004, руководитель - д.б.н. И.В. Мокроусов, Санкт-Петербургский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера).