Jad owadów, takich jak osy i pszczoły, jest pełen związków, które mogą zabijać bakterie. Niestety wiele z tych związków jest również toksycznych dla ludzi, co uniemożliwia ich stosowanie jako antybiotyków. Z problemem tym poradzili sobie naukowcy z MIT.
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology we współpracy z badaczami z Federal University of ABC w Brazylii dokładnie sprawdzili właściwości jadu osy Polybia paulista, która żyje w Ameryce Południowej. Udało im się stworzyć wariant jadu, który nie jest toksyczny dla ludzkich komórek, ale skutecznie eliminuje bakterie.
W badaniach przeprowadzonych na myszach naukowcy stwierdzili, że najsilniejszy z opracowanych przez nich wariantów peptydu może całkowicie wyeliminować Pseudomonas aeruginosa – szczep bakterii odporny na większość antybiotyków, który powoduje infekcje dróg oddechowych oraz inne infekcje.
Wyniki badań ukazały się na łamach „Nature Communications Biology”.
– Zmodyfikowaliśmy toksyczną cząsteczkę w taką, która jest zdolna do leczenia infekcji – powiedział Cesar de la Fuente-Nunez z MIT, pierwszy autor publikacji. – Poprzez systematyczne analizowanie struktury i funkcji tych peptydów, byliśmy w stanie dostroić ich właściwości i aktywność – dodał.
Wiele organizmów, w tym także ludzki, w ramach obrony immunologicznej produkuje związki, które mogą zabijać bakterie. Aby pomóc w walce z coraz większym problemem, jakim stają się odporne na antybiotyki bakterie, naukowcy próbują dostosować te związki, by służyły nam jako nowe leki.
Peptyd, który został opisany w publikacji, został wyizolowany z osy Polybia paulista. Jest wystarczająco mały (tylko 12 aminokwasów), by naukowcy stwierdzili, że można spróbować stworzyć różne warianty związku i przetestować je, czy mogą stać się silniejsze wobec drobnoustrojów i mniej szkodliwe dla ludzi.
– To wystarczająco mały peptyd, by można spróbować dowiedzieć się, jak każda jego część składowa przyczynia się do aktywności przeciwbakteryjnej i toksyczności – wyjaśnił mówi Cesar de la Fuente-Nunez.
Podobnie jak wiele innych związków antybakteryjnych, badacze uważają, że ten pochodzący z jadu osy zabija drobnoustroje uszkadzając ich błony komórkowe. Peptyd ma strukturę helisy alfa, o której wiadomo, że silnie oddziałuje z błonami komórkowymi.
W pierwszej fazie badań naukowcy stworzyli kilkadziesiąt wariantów oryginalnego peptydu, a następnie sprawdzili, w jaki sposób zmiany te wpłynęły na strukturę związków oraz ich hydrofobowość, co również pomaga określić, jak dobrze peptydy oddziałują z błonami komórkowymi. Następnie testowali stworzone warianty przeciwko siedmiu szczepom bakterii i dwóm grzybom, umożliwiając skorelowanie ich struktury i właściwości fizykochemicznych z ich przeciwbakteryjnymi właściwościami.
Na podstawie zidentyfikowanych zależności struktura-funkcja, naukowcy zaprojektowali kolejne kilkadziesiąt peptydów do dalszych testów. Byli w stanie zidentyfikować optymalną zawartość procentową aminokwasów dających właściwości hydrofobowe. Zidentyfikowali też grupę aminokwasów, w której jakiekolwiek zmiany osłabiały ogólną funkcję cząsteczki. Do mierzenia toksyczności peptydów badacze testowali je na ludzkich embrionalnych komórkach nerki hodowanych w laboratorium.
W ten sposób uczeni wyselekcjonowali najbardziej obiecujące związki do testów na myszach zakażonych Pseudomonas aeruginosa. W badaniach odkryli, że kilka peptydów może zmniejszyć infekcję, a jeden z nich, podawana w dużej dawce, może ją całkowicie wyeliminować.
– Po czterech dniach związek ten może całkowicie usunąć infekcję, co było dość zaskakujące i ekscytujące. Zazwyczaj nie obserwujemy takiej skuteczności pracując z innymi eksperymentalnymi środkami przeciwbakteryjnymi lub antybiotykami – przyznał Fuente-Nunez.
Naukowcy zaczęli tworzyć dodatkowe warianty, które, jak mają nadzieję, będą w stanie usunąć infekcje przy niższych dawkach. Planują też zastosować wypracowane w tych badaniach podejście do innych rodzajów naturalnie występujących związków. – Sądzę, że niektóre zasady, których się tutaj nauczyliśmy, mogą mieć zastosowanie do innych podobnych peptydów. Rzeczy takie jak struktura białka i hydrofobowość są bardzo ważne dla wielu z tych molekuł, a niektóre z reguł, których się tutaj nauczyliśmy, z pewnością można ekstrapolować – stwierdził uczony.
Źródło: Massachusetts Institute of Technology, fot. Charles J Sharp/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 4.0
