منابع جدید آنتی‌بیوتیک‌ها در روده انسان کشف شد

محققان با توجه به یافته‌های خود در زمینه منبعی برای پپتیدهای آنتی‌بیوتیکی جدید، امیدوار هستند که این پپتیدها بتوانند راه‌حل‌های مؤثرتری برای درمان عفونت‌ها ارائه دهند.

مقاومت ضد میکروبی یک موضوع مهم بهداشت عمومی است، که به ظهور میکروارگانیسم‌های مقاوم به دارو کمک می‌کند و در نتیجه خطر عفونت‌های بیمارستانی را افزایش می‌دهد.

مولکول‌های پپتیدی کوتاه، که به عنوان داروهای ضد باکتری جدید پیشنهاد می‌شوند، از باقی‌مانده‌های اسیدآمینه با طول کوتاه، فضای توالی وسیع و حالت‌های عمل غیر اختصاصی تشکیل شده‌اند.

تا به امروز، موارد کمی از مقاومت در برابر پپتیدهای ضد میکروبی (AMPs) منتشر شده که باعث شده است محققان به طور فزاینده‌ای به کاربردهای بالینی آنها علاقه‌مند شوند.

چندین AMP که رایج‌ترین آنها شامل باسیتراسین، کولیستین و پلی‌میکسین B است، در گذشته با موفقیت برای استفاده بالینی تأیید شده‌اند.

علی‌رغم مزایا و موفقیت AMPها، شناسایی کاندیدهای جدید AMP به دلیل فرایندهای وقت‌گیر درگیر در این آزمایش‌ها همچنان یک چالش است.

علاوه بر این، اگرچه پیشرفت‌های اخیر در یادگیری ماشینی، الگوریتم‌های ژنتیک و الگوریتم‌های تشخیص الگو باعث توسعه پپتیدهای جدید شده است، اما تعداد کمی از این رویکردها شامل استخراج پروتئوم‌ها و متاژنوم‌ها می‌شوند.

میکروبیوم انسان شامل بسیاری از گونه‌های باکتری است، که قادر به سرکوب رشد پاتوژن‌ها هستند و می‌توانند منابع جدید آنتی‌بیوتیک‌ها باشند.

در واقع، مطالعات اخیر گزارش داده‌اند که میکروبیوم انسان صدها هزار قاب خواندن باز با اندازه کوچک (smORF) را رمزگذاری می‌کند که تاکنون تعداد کمی از آنها مشخص شده‌اند.

بنابراین پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای مهار میکروبیوم انسانی به منظور شناسایی توالی‌های پپتیدی ناشناخته با فعالیت ضد میکروبی وجود دارد.

درباره مطالعه منابع جدید آنتی‌بیوتیک‌ها
محققان با استفاده از تکنیک‌های محاسباتی، قابلیت‌های ضدباکتریایی ۴۴۴۰۵۴ پپتید از ۱۷۷۳ متاژنوم انسانی فهرست شده در پروژه میکروبیوم انسانی (HMP) را ارزیابی کردند.

برای اصلاح فهرست، ۷۸ پپتید شناسایی شده و از نظر فعالیت آنتی‌بیوتیکی آنها در برابر چندین باکتری بیماری‌زا و باکتری‌های ساکن روده با اولویت بالا در شرایط آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفتند، که به دنبال آن پنج پپتید برای ارزیابی درون‌تنی انتخاب شدند.

از smORFinder برای شناسایی ژن‌هایی که پروتئین‌ها را با اطمینان بالا رمزگذاری می‌کنند، استفاده شد.

پپتیدهای ضد میکروبی بر اساس نمرات AmPEP بالا، نمایش خانواده منبع پپتید، ترکیب اسید آمینه مؤثر برای سنتز شیمیایی و عدم وجود خوشه‌های آبگریز انتخاب شدند.

پایگاه داده فعالیت ضد میکروبی و ساختار پپتیدها (DBAASP) برای بررسی خواص فیزیکوشیمیایی پپتیدهای رمزگذاری شده با smORF (SEPs)، از جمله مکانیسم عمل، ساختارهای ثانویه و سمیت سلولی مورد استفاده قرار داد.

حداقل غلظت مهاری (MIC) از SEPهای انتخاب شده برای ارزیابی فعالیت‌های ضدعفونی آنها در موش‌های مبتلا به آبسه‌های پوستی و عفونت‌های عمیق قسمت ران با استفاده از اسینتوباکتر بومانی شناسایی شد.

توالی‌یابی اسید ریبونوکلئیک (RNAseq) برای بررسی رونویسی همولوگ prevotellin-2 مورد استفاده قرار گرفت.

Contigs شامل ۳۲۳ SEP از لیست اول با استفاده از BLASTn در برابر پایگاه داده نوکلئوتیدی RefSeq مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (NCBI) تجزیه و تحلیل شد.

MetaProdigal پیش‌بینی ۵۳۱۸۲۲ ORF را در ژنوم hCom2 انجام داد، پس از آن محققان از پایگاه داده برای کشف هم‌ترازی‌های مولکولی استفاده کردند.

اثر ضد میکروبی SEPs در برابر ۱۱ سویه بیماری‌زا، از جمله پاتوژن‌های ESKAPEE و ۱۳ مورد از شایع‌ترین اعضای میکروبیوم روده انسان، برای بررسی اینکه آیا این پپتیدها می‌توانند میکروارگانیسم‌های همگن روده را هدف قرار دهند یا خیر، تعیین شد.

ساختارهای ثانویه SEPهای فعال با استفاده از ColabFold و دو رنگی دایره‌ای برای تعیین اینکه آیا این پپتیدها می‌توانند به طور جمعی باکتری‌ها را هدف قرار دهند یا خیر، تجزیه و تحلیل شدند.

آزمایش‌های شطرنجی روی جفت‌های SEP تولید شده از مناطق مشابه نیز برای تعیین شاخص غلظت بازدارندگی کسری برهمکنش‌های مولکولی (FICI) انجام گردید.

توانایی SEPs برای نفوذپذیری غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی با استفاده از تست‌های ۱-(N-phenylamino)naphthalene (NPN) و ۳،۳۰-dipropylthiadicabocyanine یدید (DiSC3-5) فلوروفور مورد ارزیابی قرار گرفت.

یافته‌های مطالعه
در مجموع ۳۲۳ اثر ضد میکروبی مبتنی بر پپتید کاندید شده در smORFs فعالیت ضد باکتریایی قابل‌ توجهی در برابر پاتوژن‌های مربوط به درمان در شرایط آزمایشگاهی و درون‌تنی به نمایش گذاشتند.

در شرایط آزمایشگاهی، ۷۱ درصد از ۷۸ پپتید کدگذاری شده با smORF سنتز شده، فعالیت ضد باکتریایی از خود نشان دادند.

Prevotellin-2 که یک ضربه سربی از Prevotella copri است، فعالیت ضد باکتریایی معادل پلی‌میکسین B در داخل بدن از خود نشان داد.

پنج SEP در برابر عفونت A. baumannii در هر دو مدل عفونت عمقی ران موش و آبسه پوست، که شامل prevotellin-2، fecalibaccticin-3، staphylococcin-2، fusobacticin-2 و keratinobacin-2 بود، بسیار قوی عمل کرد.

SEPها بر خلاف AMPها و EPها، غشای خارجی باکتری‌ها را نفوذ‌پذیر نمی‌کنند. در مقابل، این پپتیدها غشای سیتوپلاسمی باکتری را دپولاریزه می‌کنند، فرایندی که از AMPها و EPهای معمولی متمایز است.

۳۲۳ SEP غنی از متیونین توالی‌های آبگریز کمتری در نزدیکی حاشیه یا در مکان‌های کم جمعیت داشتند، بنابراین آنها را از پپتیدهایی مانند AMPها و EPها متمایز می‌کند.

SEPها ساختاری نامنظم دارند که به عملکرد ضد باکتریایی آنها آسیب نمی‌رساند.

در نتیجه منابع جدید آنتی‌بیوتیک‌ها یافت شد

مطالعه حاضر ۳۲۳ پپتید را از میکروبیوم انسان شناسایی کرد که ۷۱ درصد از آنها فعالیت ضد باکتریایی در شرایط آزمایشگاهی را نشان دادند، که می‌توانند منابع جدید آنتی‌بیوتیک‌ها باشند.

Prevotellin-2، که به عنوان یک کاندید اصلی از آزمایش‌های برون‌تنی و درون‌تنی بعدی ظاهر شد، فعالیت ضد باکتریایی قابل مقایسه با پلی‌میکسین B را بدون ایجاد هیچ‌گونه سمیت قابل‌ توجهی نشان داد.