Nature Biomedical Engineering: в геноме человека найдены пептиды, которые могут стать природными антибиотиками

Пока биологи и химики пытаются разработать новые антибиотики для борьбы с постоянно мутирующими бактериями, которые, по прогнозам, приведут к 10 миллионам смертей к 2050 году, инженеры подходят к этой проблеме с другой стороны: найти антибиотики естественного происхождения в геноме человека.

Миллиарды пар оснований в геноме - это, по сути, одна длинная строка кода, содержащая инструкции по созданию всех необходимых организму молекул. Самые простые из этих молекул - аминокислоты, строительные блоки для пептидов, которые, в свою очередь, образуют белки. Однако еще многое предстоит узнать о том, как и где кодируется тот или иной набор инструкций.

Применяя подход компьютерных наук к проблемам науки о жизни, группа исследователей из Пенсильвании использовала тщательно разработанный алгоритм для обнаружения нового набора антимикробных пептидов, скрывающихся глубоко в этом коде.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Biomedical Engineering, возглавил Сезар де ла Фуэнте, доцент в области биоинженерии, микробиологии, психиатрии, химической и биомолекулярной инженерии из Пенсильванского инженерного института совместно с сотрудниками Орландо Кресценци и Эудженио Нотомиста из Университета Неаполя Федерико II внесли свой вклад в эту работу.


Антимикробные пептиды (AMP) - это небольшие, встречающиеся в природе молекулы, производимые почти каждым живым организмом. Благодаря их способности защищать организм от инфекции, выявление новых AMP является активной областью исследований, но традиционные методы поиска, в основном основанные на химической интуиции и экспериментах, ограничили открытие пептидных антибиотиков за пределами обычных AMP.


Новый метод работает как поисковая функция для выявления пептидов с антимикробными свойствами в геномах и протеомах. Алгоритм проверил протеом - полный набор белков в организме - и выдал 43 000 пептидов длиной от 8 до 50 аминокислот, многие из которых были найдены в новой области протеома. Затем этот широкий спектр потенциальных противомикробных препаратов был отфильтрован до 2 603 пептидов на основе их фитнес-функции, включающей все параметры.

Для проверки антимикробных свойств этих пептидов, полученных с помощью алгоритма, было синтезировано 55 пептидов, которые подверглись воздействию восьми различных патогенов, включая кишечную палочку и бактерии, вызывающие стафилококк и пневмонию.


При тестировании на соответствующих доклинических моделях мышей, эти пептиды снова доказали, что способны бороться с инфекцией, снижая бактериальную нагрузку на три порядка, что не уступает известным мощным антибиотикам и AMP. Кроме того, использование этих пептидов в качестве антибиотиков в мышиных моделях не вызвало никаких признаков токсичности.