Химики из Массачусетского Технологического Института (Department of Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA) научились проектировать новые высокоэффективные антимикробные препараты при помощи методов лингвистики.
Ученые подвергли лингвистическому анализу так называемые антимикробные пептиды (antimicrobial peptides) – очень короткие белковые молекулы, состоящие примерно из 20-30 аминокислот, которые вырабатываются клетками животных и человека для борьбы с микробами. Антимикробные пептиды – часть системы врожденного иммунитета. В отличие от антител, они не модифицируются в течение жизни организма и не «подстраиваются» под новые виды возбудителей.
Последовательность аминокислот в молекуле пептида рассматривалась как предложение, а отдельные аминокислоты – как слова. Лингвистический анализ позволил выявить в известных антимикробных пептидах около 700 характерных грамматических структур или «фраз», каждая длиной по 10 аминокислот.
Вот пример одной из таких структур: P[KAYS][ILN][FGI]C[KPSA][IV][TS][RKC][KR]. Буквами здесь обозначены разные аминокислоты. Несколько букв, заключенных в квадратные скобки, означают, что на этом месте может стоять любая из перечисленных аминокислот. Например, в данной «фразе» на первом месте всегда стоит аминокислота P, на втором – любая из четырех аминокислот K, A, Y или S, на третьем – либо I, либо L, либо N, и так далее. Учитывались «фразы», которые характерны только для антимикробных пептидов, но не для других пептидов и белков.
На основе найденных закономерностей ученые спроектировали и изготовили 42 новых антимикробных пептида, которые соответствуют выявленным «грамматическим правилам», но при этом отличаются от всех известных природных аналогов. Каждый искусственный пептид состоял из 20 аминокислот. Это типичная длина антимикробного пептида. Аминокислоты подбирались таким образом, чтобы любые 10 аминокислот, идущих подряд (например, с первой по десятую, с третьей по тринадцатую, и так далее), соответствовали одной из семисот выявленных грамматических структур.
Оказалось, что 18 из 42 новых молекул обладают сильным антимикробным действием в отношении одного или нескольких микроорганизмов. В том числе удалось получить новые препараты против таких опасных микробов, как возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus).
Чтобы убедиться в том, что антимикробное действие определяется именно «грамматикой», то есть последовательностью аминокислот, а не просто аминокислотным составом пептида, был проведен следующий эксперимент. Для каждого из 42 искусственных пептидов был изготовлен контрольный аналог – пептид, состоящий из тех же аминокислот, но расположенных в произвольном порядке. Антимикробный эффект был выявлен только у двух из 42 пептидов.
Не исключено, что искусственные антимикробные пептиды в будущем смогут заменить антибиотики. Важное преимущество нового класса лекарств состоит в том, что микробам гораздо труднее выработать устойчивость к антимикробным пептидам, чем к обычным антибиотикам.
Впрочем, «гораздо труднее» – не значит «невозможно». Приспособляемость микроорганизмов чрезвычайно велика. Именно поэтому так важно научиться изготавливать искусственные антимикробные пептиды, не похожие на те, что встречаются в природе, и в особенности на те, которые вырабатываются клетками человека.
Если медики начнут широко применять в качестве лекарственных препаратов естественные антимикробные пептиды, то рано или поздно обязательно появятся штаммы устойчивых к ним микроорганизмов. Это может поставить под угрозу здоровье всего человечества – ведь мы, фактически, выведем микробов, способных без труда преодолевать один из самых важных естественных защитных барьеров организма.
Искусственные пептиды, соответствующие естественной «грамматике», но все-таки непохожие на свои природные аналоги, в этом отношении намного безопаснее. В крайнем случае, появятся микробы, устойчивые к данному лекарству, но не более. К этому медики давно привыкли, и единственная возможная контрмера хорошо известна: нужно просто спроектировать новое лекарство.
Великое состязание человеческого гения с изобретательностью биологической эволюции продолжается.
