Микробиом

npj Биопленки и микробиомы, том 8, Номер статьи: 70 (2022) Цитировать эту статью

4181 Доступов

5 цитат

22 Альтметрика

Подробности о метриках

Микробиомы широко используются в биотехнологиях, особенно микробиом рубца, из-за их сложности и разнообразия. В этом исследовании антимикробные пептиды (АМП) из микробиома рубца (Lynronne 1, 2, 3 и P15s) оценивались на предмет их терапевтического потенциала против семи клинических штаммов Pseudomonas aeruginosa. Все АМП проявляли противомикробную активность в отношении всех штаммов, при этом минимальные ингибирующие концентрации (МИК) находились в диапазоне 4–512 мкг/мл. Кинетика временного уничтожения всех АМП при 3-кратных значениях МИК против штаммов PAO1 и LES431 показала полное уничтожение в течение периода от 10 минут до 4 часов, хотя P15s не обладал бактерицидным действием против PAO1. Все АМП значительно ингибировали образование биопленок штаммами PAO1 и LES431, а анализы индукции устойчивости не выявили снижения активности против этих штаммов. Цитотоксичность AMP в отношении клеток легких человека также была минимальной. Что касается механизма действия, АМФ проявляют сродство к липидам бактериальных мембран PAO1 и LES431, эффективно проникая в мембрану P. aeruginosa. Транскриптомный и метаболомный анализ выявил повышенную каталитическую активность клеточной мембраны и стимулирование β-окисления жирных кислот. Наконец, испытания, проведенные на модели инфекции Galleria mellonella, показали, что Линронн 1 и 2 были эффективны in vivo со 100%-ной выживаемостью после лечения в дозах 32 мг/кг и 128 мг/кг соответственно. Это исследование иллюстрирует терапевтический потенциал АМП, полученных из микробиома, против инфекций, вызванных P. aeruginosa.

Микробиомы представляют собой практически неиспользованный ресурс новых биологически активных веществ для биотехнологического использования из-за их сложности и разнообразия. Рубец является ярким примером того, как бактерии, грибы, простейшие и фаги симбиотически взаимодействуют, собирая энергию из потребляемого корма1. Однако, как и большинство микробиомов, микробы рубца проявляют конкурентное поведение, когда условия требуют устойчивости для выживания. Недавно было продемонстрировано производство новых противомикробных препаратов микробами рубца, и это вполне может способствовать конкурентному мастерству2,3,4,5,6. Многие из этих противомикробных препаратов классифицируются как антимикробные пептиды (АМП), и также было показано, что они эффективны против ряда патогенных бактерий, что иллюстрирует их потенциальное медицинское применение наряду с их ролью в поддержании функции микробиома рубца2,3. Действительно, в обзоре О'Нила, проведенном в 2016 году, были обозначены шесть возможных стратегий, требующих исследования для лечения бактериальных инфекций с множественной лекарственной устойчивостью, включая AMPs7.

АМФ обычно являются катионными и представляют собой структурно разнообразную группу молекул, состоящую из коротких пептидных последовательностей, которые эффективны против потенциально патогенных бактерий и в то же время способны модулировать врожденную защиту и воспалительный процесс8. Растет число АМП с широким спектром биологической активности, демонстрирующих большие перспективы для потенциальных биомедицинских применений, поскольку они могут регулировать провоспалительные реакции, стимулировать пролиферацию клеток, способствовать заживлению ран путем модуляции миграции клеток и многое другое9. Их противомикробные механизмы уникальны, и при использовании в сочетании с традиционными антибиотиками катионные АМП могут расширить их спектр и терапевтические эффекты10. Катионные АМФ естественным образом присутствуют в самых разных организмах и составляют основной компонент врожденной иммунной системы11, их постоянно обнаруживают, и при стратегическом развитии они могут способствовать лечению инфекций, устойчивых к лекарствам.

Действительно, стратегическая разработка новых противомикробных препаратов никогда не была столь важной, поскольку множественная лекарственная устойчивость (МЛУ) растет и, как следствие, снижает нашу способность лечить бактериальные инфекции с МЛУ. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) прогнозирует, что к 2050 году смерть, связанная с бактериями МЛУ, будет будет больше, чем смертность от рака. ВОЗ также определила, что возбудители ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, виды Enterobacter) вызывают наибольшую озабоченность, поскольку они демонстрируют обширную МЛУ и являются причиной большинства внутрибольничных и раневых инфекций во всем мире12. Патогены ESKAPE обладают рядом механизмов устойчивости к противомикробным препаратам, включая ферментативную инактивацию, образование биопленок, изменение проницаемости клеток и модификацию мишеней лекарств13. Действительно, микробные биопленки могут сделать неэффективными многие методы лечения антибиотиками и компоненты иммунной системы хозяина14. Кроме того, образование сложных биопленок P. aeruginosa считается основным фактором, способствующим задержке заживления хронических ран15, и на протяжении более 40 лет хроническая инфекция P. aeruginosa у пациентов с муковисцидозом считается инфекцией, ориентированной на биопленки14. Следовательно, для лечения инфекций, вызванных P. aeruginosa, доступно очень мало новых антибиотиков, и разработка новых стратегий борьбы с инфекциями биопленок имеет первостепенное значение для сокращения значительных затрат на здравоохранение и снижения заболеваемости пациентов16.