Исследователи Тюбингенского университета обнаружили в человеческом носу новое антибиотическое вещество, которое можно использовать против патогенных бактерий. Молекула, названная эпифадином, производится из специфических штаммов бактерий вида Staphylococcus epidermidis, которые встречаются на слизистой оболочке внутренней стенки носа. Штаммы, продуцирующие эпифадин, также можно выделить на поверхности кожи.
Эпифадин представляет собой новый, ранее неизвестный класс противомикробных соединений, которые убивают микроорганизмы и могут быть использованы в качестве ведущей структуры для разработки новых антибиотиков. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.
Нос, кожа и кишечник человека колонизированы как доброкачественными, так и патогенными бактериями. Эти микроорганизмы живут вместе в так называемых микробиомах. Если микробиом становится несбалансированным, количество патогенов может увеличиться, и мы заболеем. Бактерия Staphylococcus epidermidis в природе встречается в кожных и носовых микробиомах почти всех людей. Считается, что недавно идентифицированный штамм вырабатывает активное вещество эпифадин, чтобы выжить против конкурирующих микроорганизмов.
Эпифадин не только действует против бактерий, которые локально конкурируют с Staphylococcus epidermidis, но также эффективен против бактерий из других сред обитания, таких как кишечник и некоторые грибы. Исследователи обнаружили, что он особенно эффективен против потенциальных возбудителей Staphylococcus aureus, внутрибольничной инфекции, которая особенно опасна в форме, устойчивой к антибиотикам (MRSA).
В 2016 году та же рабочая группа под руководством доктора Бернхарда Крисмера и профессора Андреаса Пешеля совместно с профессором Стефани Гронд и профессором Хайке Бретц-Остерхельт из Тюбингенского университета обнаружила неизвестное антибиотическое вещество с уникальной структурой — лугдунин. Эпифадин теперь является вторым открытием такого рода, сделанным этой рабочей группой в микробиоме человека.
В экспериментах действующее вещество эпифадин достоверно убивал возбудителя Staphylococcus aureus, уничтожая враждебные бактериальные клетки, повреждая их клеточную мембрану. Химическая структура эпифадина крайне нестабильна, вещество активно лишь в течение нескольких часов, поэтому эпифадин оказывает преимущественно местное действие. Это снижает вероятность сопутствующего повреждения микробиома, которое часто встречается при современном лечении антибиотиками широкого спектра действия.
Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, можно ли использовать эпифадин или его производные для терапии. Например, Staphylococcus epidermidis, продуцирующий эпифадин, может колонизироваться в слизистой оболочке носа и других местах нашей кожи и тем самым подавлять рост таких патогенов, как Staphylococcus aureus. Это могло бы предотвратить бактериальные инфекции, используя естественные средства, которые уже есть в нашем организме.
Исследователи Тюбингенского университета отследили активное вещество и его структуру 10 лет назад, когда им впервые удалось изолировать штамм. Сложные природные вещества, такие как эпифадин, образуются микроорганизмами из отдельных компонентов с помощью ферментов — это называется «биосинтез».
Первоначальные попытки воспроизвести этот биосинтез сразу показали, что это чрезвычайно новая молекула. Потребовалось несколько лет тесного сотрудничества в области химического анализа и синтеза в Институте органической химии Тюбингенского университета, прежде чем им удалось накопить и сохранить активное вещество таким образом, чтобы обеспечить полное выделение чистого вещества.
Руководитель исследования Бернхард Крисмер из Межфакультетского института микробиологии и инфекционной медицины Тюбингена (IMIT) вспоминает: «Данные лаборатории были чрезвычайно интересными, но их было трудно интерпретировать из-за нестабильности. Несмотря на трудности, я подумал, что все же стоит продолжить исследование этого вопроса. Упорство и высокая терпимость к разочарованиям в конце концов привели к успеху».
Андреас Пешель, профессор микробиологии Тюбингенского университета добавляет: «Разработка новых антибиотиков находится в застое на протяжении десятилетий. Но они нужны нам больше, чем когда-либо, потому что в последние годы мы зарегистрировали быстрый рост мультирезистентных бактерий во всем мире. Эти инфекции трудно взять под контроль, и наши резервные антибиотики уже не оказывают такого сильного эффекта. Нам срочно нужны новые активные вещества и методы лечения».
Последующие исследования будут изучать влияние активного вещества на основе его структуры. И здесь скоропортящийся эпифадин затрудняет проведение обширного химического и биологического анализа. Итак, для начала они будут использовать химический синтез в лаборатории для получения искусственных молекул со схожей структурой и антимикробным действием, что и эпифадин, которые стабильны и легче с которым можно работать.