Альбіцидин, націлений на бактерії Klebsiella pneumoniae

Стійкі бактерії Klebsiella pneumoniae можуть захоплювати та інактивувати антибіотик альбіцидин за допомогою білка AlbA.

Звичайні антибіотики дедалі більше втрачають свою ефективність проти все більш поширених мікрорезистентних мікробів. Багато бактерій мають природні механізми, що захищають їх від шкідливих речовин. Це також стосується активного інгредієнта альбіцидину: небезпечні грамнегативні бактерії мають білок, який пов'язує альбіцидин і таким чином інактивує його.

альбіцидин

Вчені Центру досліджень інфекції Гельмгольца (HZI) та пов'язаного з ним Інституту фармацевтичних досліджень Саарля (HIPS) зараз досліджували цей механізм стійкості з атомною роздільною здатністю. Вони з’ясували, що білок не тільки зв’язує діючу речовину, але й хімічно її змінює. У той же час він збільшує власне виробництво, завдяки чому альбіцидин стає ще більш нешкідливим. Вчені опублікували свої результати в журналі Американського хімічного товариства.

Білкова молекула AlbA зв’язується з антибіотиком альбіцидином і захищає бактерії від його впливу

Патогенні бактерії розробили різні механізми захисту від антибіотиків. Одні просто виводять токсичні для них речовини, інші змінюють клітинну стінку, так що антибіотики навіть не можуть проникнути в них. Деякі мікроби змінюють структуру цілі, на яку нападають антибіотики - або просто антибіотик безпосередньо. Наприклад, бактерії роду Klebsiella використовують інший трюк: вони мають молекулу білка, що називається AlbA, яка зв’язується з антибіотиком альбіцидином і таким чином захищає збудників від його впливу. В основі механізму захисту лежать вчені з Центру досліджень інфекцій Гельмгольца (HZI), Інституту фармацевтичних досліджень Саарля (HIPS) - Інституту фармацевтичних досліджень ім. Гельмгольца (HIPS) та Німецького центру досліджень інфекцій (DZIF). ) обстежили.

Klebsiella pneumoniae - один із найпоширеніших збудників хвороб, що спричиняє бактеріальний сепсис та пневмонію, придбану в лікарні. Крім того, це також може спричинити інфекції сечовивідних шляхів, наприклад. Клебсії - це грамнегативні бактерії, які важко піддаються лікуванню і часто розвивають стійкість до кількох антибіотиків. Вчені HZI вже відкрили новий, високоефективний клас активних інгредієнтів проти грамнегативних мікробів: цистобактаміди. "Цей клас речовин подібний до альбіцидину, до якого багато штамів Klebsiella вже виявляють стійкість", - говорить молодший професор Єсько Конке, який очолює молодшу дослідницьку групу "Структурна біологія біосинтетичних ферментів" в HIPS. "Ми хотіли знати, чи білок AlbA також ефективний проти цистобактамідів, тому ми проаналізували механізм стійкості до альбіцидину на молекулярному рівні".

AlbA навіть хімічно змінює зв’язаний альбіцидин

Для цього навколо Єсько Конке зібралася міждисциплінарна група вчених, в якій відділ професора Марка Бронструпа проводив синтез, робоча група професора Ольги Калініної - біоінформатику, а відділ професора Рольфа Мюллера - тести активності та профілі експресії генів. По-перше, тривимірну структуру білка AlbA зі зв’язаним альбіцидином було розшифровано за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Вчені помітили, що в процесі еволюції маленька кишеня для антибіотика стала довгим тунелем, в який можна точно помістити альбіцидин.

Структурний аналіз також дав ще один приголомшливий результат: зв’язаний альбіцидин був хімічно змінений. “Спочатку ми припускали, що AlbA просто поглинає альбіцидин - як губка поглинає воду - і тим самим тимчасово видаляє його. Але зараз ми з’ясували, що він навіть змінює альбіцидин », - говорить Кенке. Подальші експерименти показали, що модифікований альбіцидин має слабшу активність, тобто менш шкідливий для бактерій.

AlbA набагато слабкіше пов'язує цистобактамід

Вчені виявили, що крім місця зв'язування антибіотика, AlbA також має місце для ДНК. За допомогою цього розділу він може зв’язуватися з генетичним матеріалом бактеріальної клітини - саме там, де контролюється вироблення AlbA. У лабораторних експериментах з Klebsiella pneumoniae команда Єсько Кенке змогла довести, що при введенні альбіцидину ген із планом AlbA зчитувався в 3000 разів частіше через чотири години, ніж без антибіотиків. «Механізм клебсієли проти альбіцидину надзвичайно ефективний: якщо ви контактуєте з ним, ви ловите перші молекули діючої речовини з їх білком AlbA. У той же час вони виробляють все більше і більше AlbA. Ми також показали, що цих механізмів ще недостатньо для спротиву, і зараз ми хочемо ретельніше розслідувати їх », - говорить Кенке.

Порівняльні експерименти показали, що споріднений активний інгредієнт, цистобактамід, набагато менш міцно зв’язується з AlbA. Крім того, цистобактамід не сприяє виробленню AlbA, тому клебсієла ще не змогла досягти стійкості до цистобактаміду за допомогою цього механізму. «Тим не менше, бактерії стійкі до цистобактаміду. Ось чому ми хотіли б якомога точніше пояснити механізми, щоб ми могли потім розробляти активні інгредієнти, які обходять резистентність ”, - говорить Конке.

Асфандяр Сікандар, Катаріна Цирнський, Джамбаттіста Тестолін, Карстен Вольц, Марк Бронструп, Ольга Василівна Калініна, Рольф Мюллер та Єсько Кенке Адаптація системи стійкості до бактерій, виявленої структурою та функцією AlbA. J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b08895