Препарат замедляет развитие резистентности к антибиотикам у бактерий

Резистентность микроорганизмов к антибиотикам продолжает оставаться важной проблемой здравоохранения. Микробы приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем ученые находят новые лекарства. Препараты, замедляющие эволюцию резистентности, могут продлить период эффективности антибиотика. Резистентность развивается при поглощении генов устойчивости от других бактерий и (или) при мутации собственных генов, причем самые опасные патогены опираются в основном на мутагенез. Было разработано очень мало препаратов, замедляющих эволюцию. Они к тому же снижали жизнеспособность бактерий, что способствовало отбору мутантов, резистентных к этим препаратом. Есть необходимость в поиске новых препаратов.

В новой работе американские ученые идентифицировали препарат, подавляющий мутагенез, вызванный одним из фторхинолонов — ципрофлоксацином. Фторхинолоны связывают и инактивируют бактериальную топоизомеразу типа 2 во время реакции, что способствует возникновению двухцепочечных разрывов и гибели клетки. Резистентность возникает в основном в ходе мутагенеза, изменяющего топоизомеразы, предотвращающего связывание препарата или способствующего его выводу из клетки. Резистентные клинические изоляты Escherichia coli встречаются часто (20–50%). Мутагенез происходит при починке разрывов ДНК, активируемой ответом на стресс. Причем сами двухцепочечные разрывы не вызывают мутагенз, если нет другого стресса (голодание, антибиотик), вызывающего ответ на стресс. Авторы идентифицировали препарат деквалиний хлорид (DEQ), который подавляет ответ на стресс. При низких концентрациях DEQ не улучшает активность ципрофлоксацина, благодаря чему мутанты не получают преимущество в росте.

Исследователи провели скрининг библиотеки из 1120 препаратов, одобренных для применения на людях. Они отобрали те, что подавляли SOS-систему и ответ на стресс. Скрининг проводился на клетках с репортерными флуоресцентными белками, которые выращивали в присутствии антибиотика. Для детекции флуоресценции использовали в том числе проточную цитометрию.

Были идентифицированы четыре препарата, в том числе DEQ. Два из них также подавляли рост клеток, что нежелательно. В последующих опытах было показано, что DEQ снижает скорость возникновения мутаций, связанных с резистентностью к ципрофлоксацину, в 7,6 раз. DEQ хорошо переносится в гораздо больших концентрациях, чем использовались в этой работе. Для дальнейших опытов был выбран именно этот препарат.

Авторы выявили этап, на котором DEQ вмешивается в мутагенез. Ципрофлоксацин индуцирует двухцепочечные разрывы и SOS-систему во всех клетках. SOS-система затем индуцирует активные формы кислорода (АФК) в приблизительно 20% клеточных субпопуляций. АФК нужны для транскипции двух малых РНК — DsrA и ArcZ, которые активируют трансляцию мРНК rpoS, участвующей с ответе на стресс. Оказалось, что DEQ предотвращает транскрипцию dsrA и arcZ. Он также прерывает путь мутагенной починки разрывов после активации АФК. Даже высокие дозы DEQ не повышали эффективность ципрофлоксацина.

При создании мышиной модели инфекции авторы заражали бактериями рану на бедре мыши с пониженным числом нейтрофилов, затем воздействовали ципрофлоксацином, чтобы предотвратить гибель животного и вызвать мутагенез. DEQ вводили вместе с антибиотиком части мышей. Через два дня после заражения ученые отбирали бактерии и искали мутации, связанные с резистентностью. DEQ снижал количество мутаций в 6,3 раза.

Таким образом, авторы выявили препарат, замедляющий мутагенез в бактериях, находящихся под действием антибиотиков. Недавние исследования показали, что индуцированный стрессом мутагенез ускоряет развитие рака. Вероятно, замедляющие эволюцию препараты могут применяться и в контексте онкозаболеваний.

Получен новый антибиотик — производное пептида клопа