Исследование антимикробных пептидов открывает путь к созданию нового оружия против устойчивых бактерий

Антимикробный пептид, образующий поры в клеточной мимикрии, что приводит к утечке, которая была количественно оценена экспериментально и использована для определения типов пор, формируемых пептидом. Клеточная мимикрия — это синтетическая структура, имитирующая определенные особенности или функции биологических клеток. Авторы: Мириам Коттен и Эми Райс.

Новое исследование антимикробных пептидов — небольших цепочек аминокислот, способных повреждать бактериальные клетки, — показывает, почему одни пептиды более эффективны в этом, а некоторые клетки более уязвимы.

Эти открытия открывают путь к созданию новых соединений для уничтожения болезнетворных организмов, ставших устойчивыми к антибиотикам. Эти соединения станут крупным прорывом в борьбе с глобальной проблемой, заявила соавтор исследования Мириам Коттен из Университета штата Орегон.

«Устойчивость к антимикробным препаратам — это растущая угроза во всем мире, — сказала Коттен, доцент кафедры биохимии и биофизики в Колледже науки ОГУ. — В 2021 году почти 5 миллионов человек умерли от устойчивости к антимикробным препаратам. Почти 40 миллионов, по прогнозам, умрут от нее в период с 2025 по 2050 год».

Пептиды, встречающиеся во всех живых организмах, имеют разнообразные формы и функции, включая роль гормонов, нейротрансмиттеров и сигнальных молекул в клетках. В качестве антимикробных агентов они помогают формировать первую линию защиты от бактериальной инфекции, часто вызывая утечку содержимого бактериальных клеток через мембрану, нарушая клеточные функции.

Исследование Коттен и ее коллег из колледжа Вильгельма и Марии и Национальных институтов здравоохранения было сосредоточено на конкретных состояниях, которые приводят к нарушению целостности мембраны. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, сочетовало лабораторные эксперименты с вычислительной работой, проведенной Национальным институтом сердца, легких и крови NIH, и пролило свет на характеристики отверстий, известных как поры, которые антимикробные пептиды образуют в мембранах.

Механизм индуцированной пептидами временной утечки с энергетическим ландшафтом. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2510294122

Поры образуются, когда пептиды, покрывающие внешнюю сторону клетки, начинают переворачиваться через мембрану, чтобы уравновесить их количество с каждой стороны.

«Эта информация очень ценна, поскольку она дает основу для объяснения, почему одни пептиды более активны, чем другие, и почему некоторые мембраны легче поразить, — сказала Коттен. — Мы выяснили, что пептиды, которые более dramatically нарушают мембраны, образуют поры в мембранах, которые больше по размеру и количеству и дольше остаются открытыми. Это логично, но ключевая новизна нашей работы в том, что теперь у нас есть математическое уравнение, которое связывает эффективность повреждения мембраны и характеристики пор. Мы можем начать применять его для определения свойств, необходимых для оптимальной эффективности».

Ученые также обнаружили, что определенные мембраны имеют дефекты, которые помогают пептидам формировать такой тип пор. Это понимание открывает путь к созданию пептидов, которые специфически нацелены на бактериальные клетки на основе их уникального мембранного состава.

Результаты применимы не только к методам лечения инфекционных заболеваний, добавила Коттен, поскольку пептиды иммунной системы активны и против раковых клеток. Новые методы лечения рака urgently необходимы, отметила она, поскольку в 2025 году в Соединенных Штатах прогнозируется более 2 миллионов новых случаев заболевания раком и более 500 000 смертей от него.

Дополнительная информация: Эми Райс и др., A unified model of transient poration induced by antimicrobial peptides, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2510294122

Источник: Oregon State University