Сегодня - 17.09.2019

Антибиотик как сверло для бактерий

21 августа 2012

Николай ИсаевУченые из Института химической кинетики и горения им. В.В.Воеводского СО РАН расшифровали неизвестный до сих пор лекарственный механизм действия трихогина, одного из антимикробных пептидов - веществ, в настоящее время активно исследующихся в качестве основы для антибиотиков нового поколения.

Как известно, одна из проблем обычных антибиотиков, которые сейчас применяются – привыкание к ним бактерий. Появляются все новые и новые штаммы, резистентные практически ко всем видам вышеозначенных лекарственных средств – немногие выжившие болезнетворные организмы вырабатывают иммунитет и, размножаясь, передают его дальше своим следующим поколениям.

«Тут есть несколько способов дальнейшей работы», - комментирует младший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат физико-математических наук Николай Исаев. – «Можно находить новые и новые антибиотики, которые будут прекращать жизненно важные процессы в бактериях, встраиваясь, например, в какой-нибудь необходимый для их существования протеин и не давая ему функционировать. Однако надо понимать, что этот протеин может мутировать, и нужно будет искать другие блокираторы. Сейчас такие работы ведутся, на них уходят большие средства, но новые антибиотики разрабатываются с затратами все большего количества сил. Есть и альтернативный способ – найти кардинально другие методы влияния на бактерию. Например, использовать антимикробные пептиды  - вещества, которые могут прекратить жизнедеятельность болезнетворных штаммов на качественно ином уровне».Приблизительно так действует "сверло для бактерии"

Короткие белки длиною порядка от 10 до 50 аминокислот встраиваются в клеточную мембрану бактерии и делают в ней поры, что полностью нарушает ее обмен веществ, и она умирает. «Любому организму очень важно сохранять целостность, потому что его внутренний состав очень сильно отличается от внешней среды. Если через микроскопические отверстия начинают входить и выходить ионы, то бактерия погибает», - отмечает Николай Исаев. -  «Резистентность к такому виду антибиотиков выработать сложно – для ее достижения нужно полностью поменять мембранный состав, что очень непросто - это фактически эволюционный шаг. Кроме того, небольшие изменения в составе бактериальной мембраны не окажут влияния на функциональность пептидов».

Как эти перспективные антибиотики встраиваются в мембрану – вопрос непраздный, и ответ на него активно ищут ученые. Существует несколько устоявшихся статических моделей, которые не предполагают динамики пептидов. «Имея спиралевидную структуру, они могут образовывать поры различными способами: выстилая края отверстия, как доски стенку бочки, или закругляя мембрану на себя в виде тора», - объясняет Николай Исаев. – «Такие статические модели кажутся очень естественными для пептидов с длиной спирали, равной толщине бактериальной мембраны, и для многих из них всё это доказано».

Однако ученые ИХКГ СО РАН исследовали пептид трихогин, который в два раза короче и не может формировать вышеописанные комплексы. Используя метод электронно-парамагнитного резонанса, исследователи провели ряд экспериментов, и выяснили, что при низкой концентрации трихогин имеет планарную ориентацию, то есть лежит параллельно мембране. При высокой он встает в трансмембранное положение, которое, видимо, и есть активное. «Кроме того, мы обнаружили, что на кончике, которым пептид заглубляется в мембрану, у него есть такой же сосед. И, наконец, мы увидели, что вся эта конструкция крутится», - рассказывает Николай Исаев. – «Исходя из наших экспериментов, мы впервые смогли предложить динамическую модель вращающегося димера. В обычном случае заряженные ионы не могут пройти через мембрану, которая неполярна, их просто выталкивает, но в нашем комплексе есть полярные аминокислоты. Так же димер крутится, расталкивая ближайшие липиды, и фактически работает как ионный насос Архимеда или как сверло, что нарушает мембранную целостность, и бактерия погибает».Насос Архимеда

Этот фундаментальный результат, по словам ученых, необходим, чтобы в будущем можно было полноценно использовать антибиотик. «Ведь для получения необходимых уровней активности и токсичности лекарства недостаточно просто знать, что оно работает, надо понимать, как это происходит», - замечает исследователь, -  «тогда, внося в него мутации, можно будет варьировать его характеристики и, например, сделать активность избирательной к мембранам болезнетворных бактерий».

 

Екатерина Пустолякова

Фото предоставлены Н.Исаевым

Ваша оценка: Нет Средняя: 2 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus