Созданное с помощью ИИ вещество уничтожило опасные бактерии за 15 минут
Разработанный с помощью машинного обучения пептид CIT8 в лабораторных испытаниях резко сократил число жизнеспособных клеток устойчивой к антибиотикам бактерии Acinetobacter baumannii. Кроме того, он усилил действие меропенема — антибиотика, который сам по себе не справлялся с некоторыми из исследованных штаммов.
Бактерия Acinetobacter baumannii может вызывать тяжелые внутрибольничные инфекции и сохранять устойчивость сразу к нескольким группам антибиотиков. Для борьбы с ней исследователи испытали пептид CIT8, ранее разработанный с использованием машинного обучения. В лабораторных условиях он всего за 15 минут снижал количество жизнеспособных бактерий до уровня, который уже невозможно было обнаружить применявшимся методом.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Frontiers in Microbiology, количество жизнеспособных бактерий в лабораторных образцах снизилось примерно с 50 млн на миллилитр до уровня ниже порога обнаружения. Такой результат получили при испытаниях на двух штаммах Acinetobacter baumannii. При этом эксперимент не доказывает, что пептид будет столь же эффективен при лечении инфекций у людей.
Как машинное обучение улучшило пептид
CIT8 — антимикробный пептид, состоящий из 13 аминокислот. Его создали на основе природного пептида цитропина 1.1, изменив последовательность нескольких аминокислот с помощью машинного обучения. При этом использовали данные о свойствах и активности более 14 000 ранее изученных антимикробных пептидов.
Изначально CIT8 разрабатывали для борьбы с метициллин-устойчивым золотистым стафилококком (MRSA). Однако новое исследование показало, что действие пептида не ограничивается этим возбудителем. Он оказался эффективен и против Acinetobacter baumannii, включая штаммы, устойчивые к карбапенемам.
Эта бактерия особенно опасна для пациентов с ослабленным иммунитетом и людей, проходящих лечение в стационарах. Она может вызывать пневмонию, инфекции кровотока и другие тяжелые осложнения. Дополнительную угрозу представляют штаммы, устойчивые к карбапенемам — антибиотикам, которые применяют для лечения серьезных бактериальных инфекций.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) относит устойчивую к карбапенемам Acinetobacter baumannii к патогенам критического приоритета. Это означает, что разработка новых средств против этой бактерии считается одной из наиболее актуальных задач в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
В лабораторных испытаниях CIT8 подавлял рост 15 из 16 проверенных штаммов Acinetobacter baumannii при концентрации 4 микрограмма на миллилитр. Среди них были и образцы, устойчивые к карбапенемам. Для подавления роста оставшегося штамма потребовалась концентрация вдвое выше — 8 микрограммов на миллилитр.
При концентрации 20 микрограммов на миллилитр CIT8 снижал число жизнеспособных бактерий ниже порога обнаружения за 15 минут. Для сравнения, полимиксину B — антибиотику, который также используют против некоторых устойчивых инфекций, — при той же концентрации потребовалось 30 минут для одного штамма и два часа для другого.
Меропенем, еще один антибиотик, использовавшийся для сравнения, при той же концентрации не снижал количество жизнеспособных бактерий ни в одном из двух образцов даже спустя четыре часа эксперимента.
Однако скорость действия оказалась не единственным важным результатом. В сочетании с меропенемом CIT8 усиливал уничтожение устойчивых бактерий, хотя сам антибиотик в проведенных испытаниях практически не действовал.
Как пептид помогает антибиотику
CIT8 воздействует на мембрану бактериальной клетки, нарушая ее целостность. Эксперименты показали, что после контакта с пептидом изменяется электрический потенциал мембраны, повышается ее проницаемость, а из клетки начинает выходить АТФ — молекула, которая играет ключевую роль в энергетическом обмене.
Повреждения поверхности бактериальных клеток подтвердили и с помощью электронной микроскопии. Компьютерное моделирование показало, что изменения в последовательности аминокислот сделали структуру CIT8 более устойчивой и улучшили его взаимодействие с мембраной бактерии. В частности, пептид лучше сохранял спиральную форму и прочнее взаимодействовал с определенными компонентами мембраны.
При совместном применении CIT8 и меропенема количество жизнеспособных бактерий сокращалось значительно сильнее, чем при использовании каждого вещества по отдельности. Такой эффект зафиксировали в испытаниях на трех устойчивых к карбапенемам штаммах, хотя другой метод проверки не выявил аналогичного взаимодействия. Предполагается, что повреждение мембраны облегчает проникновение антибиотика к участкам бактериальной клетки, на которые он воздействует, однако точный механизм этого взаимодействия еще предстоит установить.
Полученные результаты позволяют рассматривать CIT8 не только как основу для разработки самостоятельного антимикробного препарата, но и как возможный компонент комбинированной терапии. В перспективе его сочетание с существующими антибиотиками может помочь в лечении инфекций, вызванных устойчивыми бактериями, однако эффективность такого подхода еще предстоит подтвердить.
Первые результаты испытаний на человеческих клетках оказались обнадеживающими. В лабораторных тестах CIT8 не оказывал заметного токсического воздействия на клетки кожи и почечного эпителия даже при концентрации до 128 микрограммов на миллилитр — значительно выше той, которая требовалась для подавления роста бактерий. Однако отсутствие токсичности в подобных экспериментах еще не означает, что вещество будет безопасным при введении в организм человека.
Исследователи также испытали зеркальную форму пептида — CIT8-D. Она оказалась эффективнее против бактериальных биопленок — сообществ микроорганизмов, которые закрепляются на поверхностях и обладают повышенной устойчивостью к внешним воздействиям. Однако преимущество сопровождалось и недостатком: CIT8-D сильнее воздействовал на человеческие клетки, поэтому его потенциальная токсичность оказалась выше.
Прежде чем CIT8 можно будет рассматривать как потенциальный препарат, предстоит выяснить, насколько устойчив пептид в биологических жидкостях, как он распределяется в организме и способен ли бороться с инфекцией за пределами лабораторных условий. Уже известно, что в присутствии некоторых солей и сыворотки крови его антибактериальная активность снижалась. Кроме того, необходимо проверить, насколько быстро бактерии могут выработать устойчивость к новому соединению. Только после дальнейших доклинических исследований и испытаний на людях можно будет оценить реальные перспективы CIT8 в медицине.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
