Застрявший студент помогает разрабатывать синтетические полимеры для борьбы с грибковыми инфекциями

Ежегодно более 2 миллионов человек страдают от инвазивных грибковых инфекций, которые часто вызываются видами Candida и связаны с высоким уровнем смертности. Разработка новых методов лечения продвигается очень медленно. Однако спрос растет, особенно по мере того, как все более распространенной становится лекарственная устойчивость.

Междисциплинарная исследовательская группа под руководством доктора Саши Брунке из Института исследований природных продуктов и биологии инфекций имени Лейбница – Института Ганса Кнёлля (Leibniz-HKI) в настоящее время изучает механизм действия и терапевтический потенциал синтетических полимеров.

Эти длинноцепочечные химические соединения имитируют природные пептиды и подавляют рост микроорганизмов. Точный механизм действия ранее был неясен. Однако теперь загадка раскрыта — и все благодаря пандемии коронавируса.

Из Австралии в Йену

Докторант и аспирант химического факультета Себастьян Шефер, работавший над разработкой противогрибковых полимеров в области химической инженерии в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW), находился в Германии, когда Австралия закрыла свои границы из-за пандемии, что не позволило Шеферу вернуться в UNSW.

Однако биотехнолог воспользовался случаем и временно перенес свои исследования в Институт Лейбница в Йене, где он добавил химический аспект к отделу механизмов патогенности микроорганизмов и обратил свое внимание на патогенные грибы.

Это привело не только к появлению новых подходов к исследованиям, но и к весьма успешному сотрудничеству между исследователями натуральных продуктов и биологами-инфекционистами из Германии и Австралии.

Неожиданно сформированная команда разработала несколько синтетических полимеров из семейства полиакриламида, которые показали высокую эффективность против Candida albicans, даже против резистентных штаммов. В частности, полимер под названием LH в сочетании с препаратом каспофунгин оказался чрезвычайно эффективным против грибка и значительно улучшил выживаемость инфицированных личинок моли в лабораторных испытаниях.

В изучатьсейчас опубликовано в Природа КоммуникацииГруппа также впервые раскрыла точный механизм действия этих соединений.

«Синтетические полимеры воздействуют на клетки грибков несколькими способами одновременно. Они также используют новые целевые структуры, поэтому они так эффективны. Именно этим они отличаются от обычных противогрибковых препаратов, которые действуют только одним способом», — сообщает Рагхав Видж, который является одним из авторов исследования вместе с Шефером.

Соединения вызывали стресс в грибковой клетке и ослабляли ее, препятствуя гликозилированию на поверхности клетки. В этом химическом процессе сахарные цепи связываются с белками, что важно для стабильности и функционирования клеток. Полимеры также повреждали стенки и мембраны грибковых клеток, вызывая их гибель. Кроме того, полимеры поддерживали иммунные клетки в разрушении грибковых клеток, как было обнаружено в тестах на взаимодействие.

Надежда на резистентные грибки

«Также примечательно, что ЛГ в сочетании с противогрибковыми средствами не привел к развитию резистентности у C. albicans в лабораторных условиях. Это свидетельствует о том, что такая комбинированная терапия не только более эффективна, но и более устойчива, чем предыдущие методы лечения, и, следовательно, может привести к лучшему успеху лечения», — объясняет Видж.

Еще одним преимуществом является то, что «производство синтетических полимеров относительно недорого. Кроме того, они стабильны и пригодны для хранения по сравнению с обычными активными соединениями. Поэтому, особенно в странах с низким уровнем дохода, они могли бы внести значительный вклад в общественное здравоохранение», — резюмирует Брунке.

Однако для этого еще нужно провести больше исследований. «Пока полимеры были испытаны только на моделях насекомых. Сначала необходимо детально изучить, переносят ли люди новую терапию», — отмечает Брунке.

Также все еще необходимо оптимизировать структуру разработанных полимеров. «Мы пока не знаем точно, какие молекулярные компоненты полимеров влияют на те или иные части грибка. Целевая молекула все еще отсутствует, так сказать», — говорит Видж.

Кроме того, необходимо исследовать, оказывают ли полимеры какое-либо вредное воздействие на человека или окружающую среду. Несмотря ни на что, результаты исследований уже указывают в положительном направлении и дают надежду на эффективные новые терапевтические возможности.