Жвачная перспектива: вещества из организма антилоп помогут победить инфекции
Как неизвестное ранее семейство пептидов эффективно уничтожает бактериальные клетки
Российские ученые обнаружили и изучили неизвестное ранее семейство пептидов, которые обладают уникальными антимикробными свойствами и могут стать основой для нового вида антибиотиков. В природе вещество синтезируется в организмах жвачных животных и предназначено для их защиты от инфекций. Попадая в клетку бактерии, соединение закупоривает пептидный канал, через который должен выходить синтезируемый рибосомой белок. Это приводит к смерти микроба. По словам разработчиков, препарат на основе такого вещества будет способен обходить многие механизмы резистентности бактерий и очень быстро действовать.
Новое семейство соединений
Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» (в том числе отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ КИ — ПИЯФ) вместе с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова и МГУ им. М.В. Ломоносова обнаружили и изучили ранее неизвестное семейство антимикробных пептидов, которые в перспективе могут стать основой для создания нового, более эффективного вида антибиотиков. Подобные вещества синтезируются в организмах многих животных для защиты своих хозяев от бактериальных инфекций и уже доказали свою эффективность в ходе эволюции. Ученые назвали новое семейство соединений — румицидины (от латинского Ruminantia — жвачные), так как они были обнаружены у антилоп. При помощи современного арсенала методов румицидины подверглись тщательному исследованию как со структурной, так и с функциональной точки зрения для детального определения механизма их действия на бактерии.
Ученые обнаружили ранее неизвестное семейство антимикробных пептидов, которые могут стать основой для создания более эффективного вида антибиотиков
— Наши коллеги обнаружили, что в генотипе жвачных есть участки, которые могут отвечать за наработку этих антимикробных пептидов. Они состоят примерно из 30 аминокислот и нарушают работу бактериальной рибосомы — молекулярного комплекса, который синтезирует белки и поставляет их в клетку через выходной пептидный канал. Румицидин «залезает» в этот канал и вызывает закупоривание рибосомы, то есть как минимум механически препятствует прохождению нового растущего белка. Но, как оказалось, антимикробный пептид нарушает и сам процесс синтеза белка на рибосоме. А белки выполняют все функции в организме: строительные, транспортные, ферментативные. Соответственно, бактериальная клетка погибает, — сказала старший научный сотрудник отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Елена Полесскова.
Как пояснила специалист, действие большей части антибиотиков связано с нарушением работы именно бактериальной рибосомы. Но обычно используются малые молекулы, а новый пептид гораздо больше их по размерам.
Старший научный сотрудник отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Елена Полесскова
— Структурное исследование румицидинов проводилось методом криогенной электронной микроскопии на базе Ресурсного центра Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Наша подгруппа выяснила, как именно румицидин располагается в выходном канале, были обнаружены контакты, которые он образует с частями рибосомы. Это ключевая информация, потому что позволяет предположить, какие элементы важны для этого взаимодействия, а какие не так принципиальны. Мы можем изменить последовательность антимикробного пептида для того, чтобы, например, усилить прочность его контактов с каналом, или можем вводить какие-то модификации,— отметила Елена Полесскова.
Ученым еще предстоит выбрать наиболее подходящий для использования в лекарственных средствах вариант пептида. А также определить, какие изменения в нем помогут ему лучше проникать в клетки.
Практическое применение румицидинов
Исследования румицидинов крайне важны, так как антимикробные пептиды способны обходить многие механизмы резистентности бактерий, не являются токсичными, легко синтезируются и обладают высокой скоростью действия. Соединение подтвердило высокую эффективность на модели инфекции животных и отсутствие побочных эффектов в отношении человеческих клеток in vitro. Сейчас научная работа по их изучению продолжается, пояснили ученые.
По их словам, путь от лаборатории до аптеки открытая активная молекула обычно преодолевает за десятилетие. На первом этапе в ходе лабораторных экспериментов определяется механизм действия соединения. Затем проводятся доклинические исследования, доказывающие эффективность и отсутствие токсичности, на грызунах или на других лабораторных животных. После этого начинаются клинические исследования на людях, состоящие из нескольких этапов. Только в случае их успешного прохождения вещество становится лекарством.
Антимикробные пептиды изучают достаточно давно, и они очень перспективны, так как к ним чувствителен широкий спектр бактерий, включая антирезистентные штаммы, отметил старший научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков. Эти соединения, вероятно, будут лечить инфекции, для которых пока нет лекарств.
— В отличие от обычных антибиотиков, которые метабилизируются и проходят через печень и почки, эти молекулы не оказывают негативного влияния на организм человека и безопасны для терапевтического использования. Их уже протестировали на животных, и сейчас речь идет о лечебной практике у людей, — сказал он.
У бактерий встречаются некоторые мутации, которые теоретически могут привести к устойчивости против румицидинов. Но эти молекулы связываются с каждой бактерией уникально, поэтому выработать типическую устойчивость против них им будет очень сложно, подчеркнул специалист.
— Препараты такого рода однозначно нужны медикам, так как антибиотикорезистентность — одна из главных проблем современной медицины, — сказал доцент кафедры инфекционных болезней РУДН Сергей Вознесенский.
Количество таких бактерий, которые пока неизвестно чем лечить, становится всё больше. Это касается, например, туберкулеза, добавил он.
