Ахиллесова пята: микробиологи выяснили, как пробить "броню" болезнетворных бактерий

Художественное изображение стенки бактериальной клетки. Голубые точки – это мембранообразующий белок RodA.
Иллюстрация Harvard Medical School.

Выносливость бактерий, благодаря которой они не только выживают в самых разных средах, но и успешно противостоят многим медицинским препаратам, обеспечивается их уникальной клеточной оболочкой. Это своего рода броня, пробить которую не так-то просто. Но теперь исследователи из Гарвардского университета (США) нашли ахиллесову пяту хитрых микроорганизмов.

На протяжении десятилетий учёным было известно лишь об одном классе белков, входящих в состав клеточной стенки бактерий. Однако в 2016 году американские учёные обнаружили ещё один тип белков под названием RodA, которые регулируют клеточное деление и клеточную форму, но также имеют секретный навык – участвуют в строительстве бактериальных оболочек из полисахаридов и аминокислот.

Именно на внешней поверхности белка RodA специалисты разглядели уязвимое место. Один из ведущих авторов исследования Дэвид Раднер (David Rudner) поясняет, что этим местом является так называемый дискретный карман в молекулярной структуре белка. Он-то и станет целью новых лекарств.

Как отмечается в пресс-релизе, RodA принадлежит к белковому семейству, известному как SEDS, которое присутствует почти во всех бактериях. Эта вездесущность делает такие белки идеальными мишенями для новых высокоэффективных антибактериальных препаратов широкого спектра действия, пишут авторы.

В ходе экспериментов они смогли изменить структуру белка у двух видов бактерий – кишечной и сенной палочки. Выбрали их неслучайно: во-первых, эти бактерии хорошо изучены, во-вторых, они являются одними из самых опасных патогенов, которые вызывают серьёзные инфекции.

Кроме того, это представители различных типов бактерий – грамположительных и грамотрицательных. Отличаются они строением клеточной стенки: первые (к которым относится сенная палочка) имеют однослойную оболочку, а у вторых (как в случае с кишечной палочкой) присутствует ещё и вторая, внешняя мембрана. Поэтому учёным было важно понять, подействует ли их метод сразу на оба типа микроорганизмов.

Команда обнаружила, что даже небольшие структурные изменения в полости RodA (том самом "кармане") вызывали нарушение работы белка, что, в свою очередь, приводило к набуханию и разрыву бактерий. Логично предположить, что медицинский препарат, предназначенный для запуска той же реакции, будет эффективным антибиотиком.

"Химическое соединение – ингибитор, который связывается с этим карманом, – будет препятствовать способности белка синтезировать и поддерживать бактериальную стенку. По сути, это взлом, который ослабляет всю клетку и в конечном итоге заставляет её умереть", — уточняет Раднер.

 

Его коллега и соавтор работы Томас Бернхардт (Thomas Bernhardt), комментируя новый метод борьбы с бактериями, обращает внимание на "красоту супер-фундаментальных научных открытий". Если метод работает на основном, фундаментальном уровне у одного вида (неважно, бактерии это или что-то другое), то, скорее всего, он сработает и с остальными, заключает учёный.

Команда отмечает, что самым сложным этапом этой работы стало выявление структуры белка RodA, который ранее не был описан и не имеет пока что "молекулярных братьев". При его изучении специалисты использовали рентгеновскую кристаллографию – метод визуализации, который показывает молекулярную архитектуру кристаллов белка на основе картины рассеянных рентгеновских лучей.

Ну а следующим шагом станет практические применение открытия – создание нового класса антибактериальных препаратов, которые, возможно, помогут и в борьбе с супербактериями.

Научная статья по итогам работы была опубликована в журнале Nature.

Добавим, что ранее универсального общего предка бактерий и архей впервые воссоздали в лаборатории.

Сегодня