Учёные восстановили древние белки млекопитающих, которые эффективнее борются с устойчивыми к антибиотикам бактериями

Исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology 25 августа, показало, что восстановленные пептиды из вымерших предков млекопитающих могут дать учёным новые идеи для лечения инфекций, устойчивых к антибиотикам. Работа сосредоточена на лактоферрине — иммунном белке, который появился примерно 160 миллионов лет назад, в конце юрского периода, одновременно с общим предком всех плацентарных млекопитающих.

Как работает древний защитный механизм

Лактоферрин присутствует почти во всех жидкостях организма, кроме крови: в грудном молоке, слёзах, слюне, слизи и кишечной слизи. Его основная функция — удерживать железо подальше от патогенов, так как бактериям внутри организма необходимо железо для выживания. Лактоферрин также содержит антимикробный пептид, способный повреждать бактериальные мембраны и создавать в них отверстия, приводящие к разрыву клеток.

Метод восстановления древних молекул

Для воссоздания вымерших антимикробных пептидов исследователи использовали метод реконструкции предковых последовательностей. Тайтас Сил, ведущий автор работы, сравнила гены лактоферрина у живых видов, включая человека и коров, затем составила карту эволюционных связей между этими последовательностями и использовала статистические методы для оценки наиболее вероятных генетических последовательностей общих предков, восстанавливая историю примерно на 160 миллионов лет назад.

Результаты тестирования против патогенов

Синтезированные древние пептиды были протестированы против нескольких патогенов, связанных с заболеваниями человека: Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Streptococcus. Самые древние восстановленные антимикробные пептиды могли нарушить бактериальные мембраны, но бактерии восстанавливали повреждения и выживали. Однако версии, восстановленные из более недавних предков млекопитающих, датируемые несколькими миллионами лет назад, становились прогрессивно более эффективными. В некоторых случаях они показали лучшие результаты, чем соответствующие современные пептиды человека.

Роль одной мутации в эффективности

Исследователи обнаружили, что значительное увеличение эффективности древних пептидов было связано с удивительно малым структурным различием. Одна единственная мутация в цепи аминокислот — строительных блоков белков — была достаточна, чтобы сделать антимикробный пептид значительно более эффективным. По словам Мэтта Барбера, старшего автора исследования и эволюционного биолога из Колледжа искусств и наук Университета Орегона, это открытие показывает, что небольшие изменения в этих областях могут иметь большие эффекты.

Перспективы и ограничения

Барбер и Сил предупреждают, что восстановленные антимикробные пептиды вряд ли станут новыми лекарствами в ближайшее время. В отличие от обычных антибиотиков, эти пептиды менее структурно стабильны и быстро разлагаются внутри организма. Однако реконструкция их эволюционной истории может раскрыть полезные стратегии для разработки будущих методов лечения. Понимая, как антимикробные пептиды изменялись на протяжении миллионов лет, исследователи могут создать новые подходы, которые затруднят патогенам развитие устойчивости, или разработать комбинированные методы лечения, которые лучше предотвращают эту устойчивость.

Это данные исследования, а не медицинский совет. Работа финансировалась Национальными институтами здоровья США.