Новый способ защиты полезной микрофлоры кишечника во время приема антибиотиков

Американские ученые получили искусственную бактерию на основе Lactococcus lactis, способную выделять во внешнюю среду β-лактамазу, которая расщепляет антибиотики β-лактамного ряда. Эффективность нового подхода продемонстрировали на мышиной модели. Концентрация антибиотика в крови мыши не уменьшается, при этом микробиота кишечника оказывается защищенной. Искусственная бактерия сконструирована таким образом, чтобы не передавать ген антибиотикорезистентности путем горизонтального переноса.

Credit:
123rf.com

Дисбактериоз, возникающий при терапии антибиотиками из-за уничтожения нормальной микрофлоры кишечника, ассоциирован с аллергией, аутоиммунными заболеваниями, ожирением и другими состояниями. Авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering, предложили принципиально новый подход к защите полезной кишечной микрофлоры от антибиотиков. Они создали искусственную бактерию на основе Lactococcus lactis, которая может расщеплять антибиотики из группы β-лактамов в окружающей среде.

Бактерию L. lactis авторы работы выбрали из-за ее безопасности — она содержится во многих молочных продуктах в больших количествах. Кроме того, L. lactis способна достигать кишечника, но не задерживается в нем надолго и потому не меняет естественную микрофлору. На протяжении всего пути по пищеварительному тракту клетки L. lactis остаются транскрипционно активными.

Ученые внедрили в клетки L. lactis ген для синтеза фермента β-лактамазы так, чтобы он не мог передаваться путем горизонтального переноса другим бактериям и распространять антибиотикорезистентность. Для этого они разбили ген TEM-1, кодирующий β-лактамазу, на два фрагмента, которые поодиночке не активны и становятся фукциональной β-лактамазой только после секреции во внешнюю среду и димеризации. Чтобы фрагменты секретировались клеткой, к ним был добавлен сигнальный пептид Usp45. Для повышения эффективности димеризации фрагментов во внеклеточной среде к ним присоединили тэги SpyTag и SpyCatcher (по одному тэгу на фрагмент), которые, взаимодействуя друг с другом, формируют ковалентную связь, максимально сближая пришитые к ним фрагменты β-лактамазы. Поскольку фрагменты β-лактамазы секретируются вовне, клетки-продуценты не обладают устойчивостью к антибиотику: авторы работы показали, что они уязвимы к действию ампициллина.

Исследователи орально вводили мышам измененные клетки L. lactis, кодирующие β-лактамазу, и оценивали, как наличие этих клеток в кишечнике меняет фармакокинетику ампициллина. Они показали, что от присутствия искусственных клеток на основе L. lactis концентрация ампициллина в крови не уменьшается, а вот в кишечнике его активность снижается. Более того, прием ампициллина при наличии искусственных клеток не сказывается на составе и численности кишечного микробиома. Благодаря этому нормальная кишечная микрофлора не дает оппортунистическому патогену Clostridioides difficile колонизовать кишечник подопытных мышей.

Источник

Cubillos-Ruiz A., et al. An engineered live biotherapeutic for the prevention of antibiotic-induced dysbiosis. // Nature Biomedical Engineering, 2022, DOI: 10.1038/s41551-022-00871-9

Добавить в избранное