Новый вид антибиотиков попадает в бактериальные клетки в виде пролекарства и активируется внутри них

Карбоксиэфиры — распространенная форма пролекарств. Использование пролекарств увеличивает эффективность терапии, улучшает всасываемость в полости рта, облегчает проникновение в клетки или обеспечивает тканеспецифичную доставку соединения. Однако многие карбоксиэфиры разрушаются эстеразами плазмы крови человека, что снижает их терапевтический эффект.

В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife, описывается функциональный тандем двух бактериальных эстераз, расщепляющих карбоксиэфиры. Одна из них, GloB, была уже описана в других работах. Кроме того, было продемонстрировано, что утрата GloB обеспечивает бактериальным клеткам устойчивость к проантибиотикам-карбоксиэфирам. Авторы исследования показали, что очищенный фермент GloB сам по себе не может расщеплять карбоксиэфиры, поэтому ему необходим как минимум еще один фермент-помощник. Таковым оказалась другая эстераза — FrmB, которую выявили с помощью методов обратной генетики.

В качестве одного из модельных карбоксиэфирных антибиотиков, которые активируются бактериальными эстеразами, авторы работы использовали вещество POM-HEX. Активным антибиотиком является HEX, который инактивирует енолазу, а две группы POM превращают его в пролекарство. Эксперименты на Staphylococcus aureus показали, что внесения мутации даже в один из генов frmB или gloB достаточно, чтобы стафилококк приобрел устойчивость к POM-HEX. Следовательно, оба фермента — GloB и FrmB — необходимы для активации карбоксиэфирных проантибиотиков в клетках бактерий.

GloB и FrmB обладают различной субстратной специфичностью. Так, эксперименты с ферментами, выделенными из клеток S. aureus, показали, что FrmB предпочитает расщеплять неразветвленные жирные кислоты, в то время как GloB с такими субстратами не работает. И GloB, и FrmB отщепляет только одну группу POM в составе антибиотика POM-HEX. Поскольку антибиотик содержит две группы POM, только совместное действие FrmB и GloB позволяет получить активный антибиотик HEX.

Авторы работы получили пространственные структуры FrmB и GloB из S. aureus, чтобы точнее охарактеризовать их субстратную специфичность. Затем они сравнили специфичности FrmB и GloB с эстеразами плазмы мыши и человека. Оказалось, что есть карбоксиэфиры, которые расщепляются только бактериальными ферментами, что открывает новые перспективы в разработке антибиотиков.