Исследование потенциального антибактериального скрининга китайских травяных лекарств на основе системы кворумного зондирования Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa (PA) ассоциируется с различными инфекциями. Недавние исследования показали, что устойчивость к ПА повышается за счет кворумного зондирования во время лечения антибиотиками. В последние годы из-за широкого применения антибиотиков у ПА развилась устойчивость к множеству антибиотиков, что значительно усложнило лечение клинических инфекций, вызванных ПА. Поиск новых препаратов для подавления лекарственно-устойчивых ПА стал актуальной глобальной проблемой. Учитывая богатые ресурсы традиционной китайской медицины в нашем регионе, в данном проекте рассматривается возможность начать с традиционной китайской медицины и нацелиться на ключевые белки, участвующие в кворумном зондировании. Используя метод молекулярного докинга, в библиотеке соединений традиционной китайской медицины найти молекулы лигандов с высоким сродством к активным сайтам. Используя антибактериальные тесты для подтверждения результатов виртуального скрининга, мы стремимся выявить китайские растительные препараты, которые могут подавлять устойчивость к ПА в клинической практике, в сочетании с антибиотиками.
Quorum sensing (QS) - это система межклеточной коммуникации, которая координирует проявление вирулентности в бактериальных популяциях. Механизм состоит из пяти пунктов: (1) сверхэкспрессия генов эффлюксных насосов; (2) инактивирующие ферменты гидролизуют лекарства; (3) формирование биопленки; (4) мутация мишени; (5) снижение проницаемости внешней мембраны.
Система кворумного зондирования PA включает в себя по меньшей мере четыре подсистемы: Pseudomonas quinolone signal (PQS), integrated quorum sensing signal (IQS), а также системы LAS и RHL. Таким образом, по сравнению с традиционными антибиотиками, ингибиторы кворумного зондирования (ИКС) могут снизить токсичность ПА, уменьшить лекарственную устойчивость, избежать сепсиса и повысить чувствительность антибиотикотерапии.

Проблема устойчивости к ПА становится все более серьезной, что создает значительные проблемы для терапевтической эффективности антибиотиков в клинической практике. Система QS широко представлена в различных бактериях, особенно в ПА, и демонстрирует каскадную регуляцию между системами, регулируя патогенность и лекарственную устойчивость бактерий. По сравнению с традиционными антибиотиками, QSI могут ингибировать систему QS бактерий-мишеней в соответствующих концентрациях, не влияя на нормальный рост бактерий, снижая их вирулентность и препятствуя распространению бактериальных токсинов. Пять белков, используемых в данной статье, соответствуют белкам различных путей. Среди них 5EOE - белок типа BEL-1, способный вырабатывать инактивирующие ферменты для расщепления β-лактамного кольца, что приводит к инактивации данного типа антибиотика; 4HEF - цефалоспориновый гидролазный комплекс, принадлежащий к подсистеме quorum sensing LAS. Он ингибирует сериновую β - лактазу, образуя ковалентно связывающийся ферментный комплекс, подобный β - лактазе, что обеспечивает структурную основу для его ингибирующего действия широкого спектра; 4ZZL - мутант MexR-R21W, который является ингибитором оператора мультилекарственного эффлюксного насоса MexAB OprM у Pseudomonas aeruginosa. Мутация повреждения связывания ДНК приводит к устойчивости к множеству лекарств. 4NR0 - эноил ACP-редуктаза, производимая для PA, которая играет важную роль в синтезе фактора вирулентности 3-оксо-C12HSL. 3H78 - комплекс, состоящий из мутанта фермента сигнального биосинтеза хинолонов псевдомонады и орто-аминобензоата, который является важным катализатором биосинтеза в бактерии. Ингибирование этого комплекса может снизить выработку факторов вирулентности в системе PQS и уменьшить лекарственную устойчивость.
В последние годы исследования показали, что некоторые широко используемые в клинической практике препараты также обладают QSIs-активностью. Было установлено, что аспирин, являющийся традиционным жаропонижающим и обезболивающим препаратом, не влияет на рост ПА в концентрации 6 мг/мл, а также оказывает определенное ингибирующее действие на факторы вирулентности QS, такие как эластаза и пиоцианин. Инсектицид хлорамфеникол может ингибировать выработку факторов вирулентности ПА и образование биопленок. Кроме того, некоторые искусственно синтезированные препараты также обладают свойствами QSIs. Например, синтетическое производное на основе фуранона (5Z) -4-бром-5-(бромметилен)-3-бутил-2-(5H)-фуранона), фуранон C-30, может ингибировать экспрессию эффлюксных насосов и факторов вирулентности, повышая чувствительность биопленки ПА к антибиотикам. Однако до сих пор почти все эти исследования оставались в лабораторных условиях, и их клиническая активность все еще нуждается в дальнейших исследованиях.
В этой статье используется программное обеспечение MOE для виртуального скрининга активных ингредиентов 2733 распространенных китайских травяных лекарств, и получено 7 китайских травяных лекарств, которые могут оказывать ингибирующее действие на лекарственно-устойчивые штаммы: галлун, корень рами, ноготь овечьего копыта, маточный уголь, лист жемчуга, водяная сосна и многоцветковый дикий пион. Затем была проведена соответствующая антибактериальная валидация, результаты которой совпали с расчетами молекулярного докинга, что указывает на определенную рациональность данного скрининга. Метод компьютерного виртуального скрининга, использованный в данном исследовании, отличается низкой стоимостью и высокой эффективностью. Сочетание расчетов с традиционными фармакологическими экспериментами может привести к повышению эффективности исследований. Однако стоит отметить, что некоторые традиционные китайские лекарства не были получены в виртуальных вычислениях, но показали антибактериальную активность в реальном скрининге (такие как Yanfumu, Xiqingguo, Hezi и т.д.), что указывает на то, что этот метод все еще относительно сырой, с отклонениями и упущениями, и нуждается в улучшении. На более позднем этапе моделирование молекулярной динамики будет использоваться для анализа таких важных научных вопросов, как подвижность системы и механизм ингибирования.
Что касается выбранных китайских трав в этой статье, Чен и др. отметили, что при определенных обстоятельствах галлун оказывает определенное очищающее действие на биопленку ПА, даже полностью очищая ее; Сонг и др. обнаружили, что экстракт китайской лекарственной травы Charcoal оказывает определенное ингибирующее действие на рост ПА, а его минимальная ингибирующая концентрация составляет 15,63 мг/мл; Пандей и др. путем антибактериальных экспериментов in vitro обнаружили, что экстракты жука-копытня (листья, кора стебля и цветы) оказывают определенное антибактериальное действие на ПА.
Еще одна цель этой статьи - дать клинические ответы на инфекции ПА, устойчивые к антибиотикам. В настоящее время мы сотрудничаем с клиническими отделениями для выбора различных традиционных китайских лекарств, которые будут отварены и объединены с амоксициллином, цефотаксимом и левофлоксацином, чтобы наблюдать за их терапевтическим эффектом и добиться определенного прогресса. Однако врачи, практикующие китайскую клиническую медицину, отмечают, что для достижения лучшего прогноза необходимы более сильные формулы традиционной китайской медицины. Хотя большинство соединений все еще находятся на стадии изучения биологической активности или доклинических исследований, а на стадии клинических испытаний находится относительно небольшое количество соединений, в будущем все еще будет много неопределенности. Однако эти соединения с различными механизмами действия дают ценный опыт и идеи для исследователей, что делает возможным появление новых антибактериальных препаратов. QSI имеют хорошие перспективы применения, а количество зарегистрированных QSI все еще ограничено. Необходимо изучить безопасные и эффективные QSI, которые действительно подходят для использования человеком, чтобы решить проблему бактериальной резистентности в медицине.