Священное животное Индии – корова - действительно заслуживает свою репутацию. Индийские ученые использовали фермент из кишечника коровы для разрушения бактериальных биопленок в лечении людей с опасными заболеваниями. Большинство болезнетворных бактерий выделяют вокруг себя матричные слои, называемые биопленками. Эти биопленки действуют как толстые барьеры, ограничивающие проникновение лекарств и помогающие бактериям стать устойчивыми к антибиотикам, но способ противостояния есть, спасибо коровам.
Команда исследователей из Индийского института науки (IISc) разработала способ разрушить барьер биопленки, используя фермент из пищеварительного тракта коровы, сообщает Рохини Субрахманьям в релизе университета. Результаты также опубликованы в npj Biofilms and Microbes.
Klebsiella pneumoniae - это условно-патогенная бактерия, которая заражает пациентов в больницах, вызывая такие состояния, как пневмония, инфекции мочевыводящих путей и менингит. У людей с диабетом она инфицирует раны, которые в конечном итоге заживают медленно, что приводит к осложнениям, которые иногда могут привести к ампутации конечности.
K. pneumoniae выделяет жесткую матриксную биопленку, состоящую в основном из сахаров, жиров, белков и ДНК. Цепочки молекул сахара в этой матрице объединяются, образуя полисахариды, которые играют ключевую роль в укреплении биопленки.
Команда IISc решила разработать биосовместимую стратегию для расщепления этих полисахаридов и разрушения защитной биопленки. Они установили, что ферменты, разрушающие полисахариды, могут служить этой цели, и что кишечник коровы является идеальным местом для их поиска. Кишечник коровы содержит микробные ферменты, которые переваривают различные виды сложных полисахаридов, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза, которые животное получает из своей растительной пищи.
Целлюлозные полисахариды очень похожи на те, что находятся в бактериальных биопленках. Команда сосредоточилась на наборе ферментов, называемых гликозидгидролазами (GH), внимательно изучая их белковые структуры, чтобы определить те, которые потенциально могли бы эффективно расщеплять полисахариды. Они увеличили масштаб одного из них, названного ими GH-B2, обнаруженного в рубце, самом большом отделе желудка, и искусственно синтезировали его в лаборатории.
Когда ученые протестировали созданный в лаборатории GH-B2 на четырех различных штаммах K. pneumoniae, выделенных от разных пациентов больницы, они обнаружили, что он успешно разрушил биопленки у всех четырех.
«Такая широкая активность фермента была удивительной, поскольку штаммы различались по своим серотипам», - говорит Дебасис Дас, доцент кафедры неорганической и физической химии (IPC) и автор-корреспондент исследования. Различные штаммы одних и тех же бактерий по-разному реагируют на иммунные клетки хозяина, что приводит к появлению вариантов, называемых серотипами.
Исследователи обнаружили, что обработка зрелой биопленки ферментом, приводящая к разрушению матрицы биопленки, сделала бактерии в 15 раз более восприимчивыми к антибиотику широкого спектра действия под названием меропенем. Когда они добавили фермент в начале формирования биопленки, он полностью предотвратил развитие биопленки, и бактерии стали в 250 раз более восприимчивыми к антибиотику. Разрушение биопленки также сделало K. pneumoniae более уязвимыми для атак иммунных клеток мышей и людей.
Команда также протестировала свой фермент на лабораторных мышах, у которых были раны, инфицированные K. pneumoniae. Обработка раны как ферментом, так и меропенемом привела к полному исчезновению биопленок.
«Вероятность того, что бактерии приобретут резистентность, намного меньше, поскольку наш фермент не вредит бактериям напрямую; он просто разрушает матрицу, - говорит Решма Рамакришнан, аспирант в лаборатории Даса и первый автор исследования. - Это будет комбинаторная терапия - мы можем использовать фермент плюс антибиотик для лечения инфекций, связанных с биопленкой K. pneumoniae».
Ученые теперь планируют включить фермент в нечто носимое, например, в повязку на рану. «Для местных инфекций, особенно кожных инфекций у диабетиков, это может быть очень важным», - подчеркнул Дипшиха Чакравортти, профессор кафедры микробиологии и клеточной биологии и еще один автор-корреспондент исследования.
Дас предполагает, что фермент также можно использовать в качестве покрытия на медицинских устройствах для предотвращения образования биопленки.
«Нам нужно разработать новые стратегии, чтобы сломать привычный образ жизни опасных бактерий, в чем помогут мощные фермерты, и у этой технологии большое будущее», заключил Чакравортти.
Источник: Indian Institute of Science. Автор: РохиниСубрахманьям.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.