Количество микроорганизмов, устойчивых к антимикотикам, постоянно растет. Согласно исследованиям, к 2050 году такие инфекции могут убивать до 10 миллионов человек в год. Причина — широкое использование антибиотиков по всему миру: бактерии и грибы адаптируются к ним, мутируют и становятся почти неуязвимыми.
Один из тревожных примеров — грибки Candida albicans и auris. В норме он безобидно живет на коже людей, но при ослаблении иммунной защиты способен проникать внутрь, приводя к поражениям с высоким риском летального исхода. В 2022 ВОЗ официально внесли его в список самых опасных патогенов, вспышки зарегистрированы по всему миру.
Candida auris устойчив к антимикотикам и большинству противогрибковых препаратов. Адаптируясь к постоянной дезинфекции в больницах, он выживает на стенах, поверхностях, медицинских приборах, внутри аппаратов ИВЛ и заражает ослабленных пациентов.
Резистентность растет и у других микроорганизмов. Candida albicans, условно-патогенный микроорганизм, в норме присутствующий в составе микрофлоры у 80% людей, также тоже становится устойчивее к противогрибковым препаратам.
Чтобы выявить уязвимые точки этих «супергрибков» и найти мишени для будущих противомикробных препаратов, группа ученых МФТИ из лаборатории структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ изучили «молекулярную анатомию» микроорганизмов класса Candida и механизмы их взаимодействия, выполняя эксперименты с рекордным разрешением.
«В результате большого цикла работ нам стало ясно: устойчивость этого смертоносного грибка — конкретные изменения в рибосоме и транспортных системах. Теперь мы видим не только его слабые места, но и понимаем, почему стандартные лекарства часто терпят неудачу. Следующий шаг — создание антимикотиков нового типа, которые будут бить в нужные мишени», — рассказал Андрей Рогачев, директор ЛФИ МФТИ.
Клетки Candida albicans нуждаются в строгом контроле концентрации ионов (калия, натрия, кальция и др.) для поддержания мембранного потенциала и ферментативных реакций. Поэтому в первой работе ученые изучили катионные транспортеры, которые обеспечивают ионный обмен.
Выяснилось, что эти системы критически важны для выживания патогена. Например, белки Mep1/Mep2 переносят аммоний и запускают переход в опасную гифальную форму, а железотранспортный комплекс Ftr1/Fet3 уникален для грибов. Нарушение ионного баланса убивает грибок, поэтому воздействие на катионные транспортеры — перспективная мишень для новых препаратов с минимумом побочных эффектов.
Затем ученые сосредоточились на изучении рибосомы грибка — «мозгового центра», где синтезируются белки. Авторы впервые определили структуру рибосомы Candida albicans и выяснили, почему она устойчива к антибиотику циклогексимиду. Оказалось, причина в замене точечной мутации P56Q в рибосомном белке eL42: глутамин «выталкивает» соединение из участка рибосомы, отвечающего за освобождение отработанных компонентов.
Антималярийный препарат филлантозид при этом эффективно связывался с рибосомным белком и окружающими нуклеотидами.
В рибосоме Candida auris — наиболее опасного грибка, ученые нашли уникальную мутацию: там, где у всех других бактерий и грибков урацил, находится цитозин. Кроме того, его рибосомная РНК сильно отличается от других грибов: около 5-8% ее участков уникальнее других. Такие вариации наиболее интересны с точки зрения разработки новых противогрибковых препаратов.
Лабораторные эксперименты с разными видами антимикотиков показали, что эффективнее всех с рибосомой связывается генетицин. Он воздействует на декодирующий центр рибосомы, прикрепляется сразу к 55 местам и блокирует работу грибка. Причем в сверхмалых дозах: в тысячу раз меньших, чем для обычных дрожжевых бактерий.
Так ученые выявили два перспективных соединения для подавления синтеза белков данным супергрибком: генетицин и мефлохин. Предварительные данные указывают на потенциал их комбинированного использования, что может открыть возможности для лечения ряда заболеваний, однако для подтверждения эффективности и практического применения необходимы углубленные исследования.
«Генетицин дестабилизирует декодирующий центр рибосомы. Он вызывает определенные конформационные изменения, тем самым снижает точность трансляции, стабилизируя посадку близкородственных тРНКв, заставляя рибосому синтезировать ошибочные. Мефлохин же усиливает этот эффект», — объяснил Андрей Рогачев, директор ЛФИ МФТИ.
Этот результат важен не только борьбы с грибком, но и для лечения генетических заболеваний у людей, вызванных мутациями — муковисцидоза и мышечной дистрофии. Добавка мефлохина может помочь снизить дозу аминогликозидов, которые помогают в лечении, но вызывают тяжелые побочные эффекты: потерю слуха и нефротоксичность.
И наконец, в новом исследовании ученые не только подтвердили уникальность рибосомы Candida auris, но и обнаружили ее слабое место, мутацию C1160 — аномальную замену цитозина вместо урацила в рабочем центре рибосомы, где собираются белки. Эта мутация, отсутствующая даже у бактерий, позволяет сделать предположение, почему грибок так устойчив к классическим антимикотикам, но при этом уязвим для генетицина.
«Мы проверили громадную работу по изучению связывания известных ингибиторов трансляции к рибосомам патогенных грибков Candida, и все те уникальные особенности полученных структур рибосом будут тщательно проанализированы как возможные якорные точки для разработки новых лекарственных препаратов нацеленных на эти грибковые патогены», — подытожил Альберт Гуськов, заведующий лабораторией структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ.
