Молекулярные «деревья» помогут в создании антибиотиков нового поколения

Исследователи изобрели простой и экономичный метод синтеза, позволяющий получать новое эффективное антибактериальное соединение с разветвленной древовидной структурой. Чтобы усилить антибиотические свойства такого молекулярного «дерева», называемого дендримером, ученые добавили к нему фермент лизоцим, разрушающий клеточные стенки бактерий. Комплексное вещество в три раза эффективнее подавляло рост грамположительных и грамотрицательных бактерий, чем лизоцим и дендримеры по отдельности. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Molecular Liquids.

Ученые всего мира борются с глобальной медицинской проблемой — растущей устойчивостью микробов к антибиотикам. Одни ищут современные препараты среди растительных веществ, другие синтезируют новые химические соединения. Чтобы препарат попал в клиническую практику, ему нужно пройти долгий путь испытаний. Необходимо, чтобы лекарство не вредило собственным клеткам организма, то есть не обладало цитотоксичностью, и при этом было эффективно против бактерий.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) на основе коммерчески доступных соединений синтезировали новую сложную молекулу с антибактериальными свойствами. Сначала исследователи из доступных реагентов получили древовидные молекулы — дендримеры. К основе из трех разных по 3D-структуре «ядер», состоящих из нескольких соединенных в «ожерелье» бензольных колец с аминогруппами, ковалентной связью крепились «ветви» из метилового эфира акриловой кислоты — предшественника основы органического стекла. Затем авторы на культурах патогенных бактерий Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Еnterococcus faecalis, Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa, грибов Trichophyton mentagrophytes и Candida albicans, а также клеток печени изучили антибактериальные и токсические характеристики полученных дендримеров с разным 3D-строением ядер, чтобы понять, какие из синтезированных соединений и подавляют рост микроорганизмов, и безопасны для клеток человека

Оказалось, что из всех полученных соединений выраженными антибактериальными свойствами обладала только древовидная молекула с конусовидным ядром. Кроме того, она имела низкую цитотоксичность в отношении клеток человека. Авторы решили совместить эту синтетическую молекулу с антибактериальным ферментом лизоцимом, выделенным из белка куриного яйца.

Лизоцим — природный антимикробный агент, но лекарства на его основе часто вызывают аллергию, а также быстро разрушаются. Соединение лизоцима с молекулой-дендримером помогло «спрятать» белок от иммунных клеток организма и уберечь его от преждевременного разрушения. Более того, эксперименты с культурами бактерий Staphylococcus aureus, вызывающей целый ряд заболеваний — от бронхита до менингита и сепсиса, — показали, что компоненты такого комплекса — лизоцим и дендримеры — усиливают антибактериальное действие друг друга примерно в три раза. Усиление антимикробных свойств не повлекло за собой увеличение цитотоксичности.

«В дальнейшем мы планируем продолжить исследования в области комбинированных антибактериальных препаратов на основе дендримеров. Особенно хотелось бы сосредоточиться на изучении полученных соединений в качестве средств доставки фармпрепаратов. Ну и, конечно, мы надеемся, что опубликованная статья заинтересует специалистов в области медицинской химии, и исследование получит дальнейшее развитие», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Иван Стойков, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической и медицинской химии Казанского (Приволжского) федерального университета.