РНК-полімераза та антибіотики - MedMix
Як потрібно розробити антибіотики, щоб бактерії не стали стійкими до них? Дослідницька група навколо проф. Пол Реш з Байройтського університету зробив фундаментальний крок уперед, відповівши на це питання.
Вперше гігантську білкову РНК-полімеразу та її партнерів по взаємодії можна було детально дослідити за допомогою ядерно-магнітно-резонансної спектроскопії (ЯМР-спектроскопія). Наразі результати опубліковано у "Наукових звітах". Дослідники сподіваються отримати подальші знання завдяки унікальному у всьому світі спектрометру 1 ГГц з активно екранованим магнітним полем, який незабаром буде встановлений у кампусі Байройта.
Захист від бактерій, як правило, є основною проблемою в медицині
В даний час однією з найбільших проблем медицини є захист від бактерій, проти яких усі наявні в даний час антибіотики неефективні. Більшість з цих антибіотиків спрямовані проти клітинних стінок бактерій та їх компонентів, або вони заважають синтезу бактеріальних білків. З іншого боку, новіші антибіотики спрямовані проти копіювання бактеріальної генетичної інформації. Проблема та сама: деякі бактерії розробляють механізми, які захищають їх від цих - насправді смертоносних - речовин. Ви стаєте стійкими.
Один шанс для медицини змиритися з цією ситуацією полягає у розробці нових видів активних речовин, які переривають основні процеси в бактеріальній клітині.
Прикладом такого процесу є переклад генетичної інформації, що зберігається в ДНК, у послідовність РНК. Це форма генетичної інформації, яку можна використовувати для виробництва білка. Процес трансляції, відомий як транскрипція, який каталізується РНК-полімеразою (RNAP), є дуже складним і точно контролюється іншими бактеріальними білками, які зв'язуються з РНК-полімеразою. Багато деталей цього механізму перекладу бактерій наразі невідомі. Однак більш точні знання можуть одного разу дозволити цілеспрямовано побудову активних інгредієнтів, які паралізують саме цей механізм - і запобігти стійкості бактерій до стійкості.
Вперше с ЯМР-спектроскопія вивчали: взаємодія малих білків з інтактною РНК-полімеразою
Саме в цей момент ЯМР-спектроскопічні дослідження дослідницької групи, очолюваної проф. Пол Реш, який привів до нових результатів, опублікованих у "Наукових звітах" - журналі "Nature Publishing Group". Просторові тривимірні структури молекул, що беруть участь у транскрипції, вже досліджувались за допомогою рентгеноструктурного аналізу та електронної мікроскопії. Однак у порівнянні з цими методами ЯМР-спектроскопія характеризується тим, що взаємодії між молекулами та динаміку молекулярних структур порівняно легко вивчати. Такі процеси, зокрема, відіграють вирішальну роль у транскрипції. Тому їх розуміння є важливим для цілеспрямованого розвитку антибіотиків.
За допомогою ЯМР-спектроскопії можна виявити лише певні нерадіоактивні типи атомів (ізотопів), які вводяться в білки молекулярно-біологічними методами. Ці ізотопи служать зондами і дають важливе уявлення про молекулярні структури та зміни, яким піддаються ці структури. До цього часу ЯМР-спектроскопію можна було використовувати лише для білків малого та середнього розміру. Зараз робоча група Байройта знайшла способи зробити дуже велику і дуже складну молекулу РНК-полімерази доступною для дослідження за допомогою ЯМР-спектроскопії.
Байройтські вчені застосували спеціальну техніку, щоб виключно позначити конкретні, дуже рухливі групи атомів, які зустрічаються лише в окремих білкових будівельних блоках певним молекулярно-біологічним способом з ЯМР-активними ізотопами. Незважаючи на розмір білка, ці групи можна було спостерігати, і вчені використовували їх як зонди для загального білка. Одночасно можна було індивідуально продукувати п’ять субодиниць, з яких складається РНК-полімераза, індивідуально їх позначити, а потім знову зібрати весь білок. Таким чином також можна було спеціально виявити одну субодиницю в межах всієї РНК-полімерази.
У першому експерименті можна було показати, до якої з субодиниць певні білки зв'язуються. На другому етапі в даний час використовується аналоговий процес маркування для визначення того, як виглядатимуть зони контакту між зв'язуючими білками та RNAP.
Основи цілеспрямованої розробки нових активних інгредієнтів
«За допомогою розроблених нами методів ми хочемо якомога точніше дослідити взаємодію між бактеріальним RNAP та меншими білками, які зв’язуються з ним. Разом з нашими раніше опублікованими висновками про взаємодію між транскрипцією та біосинтезом білка ми отримаємо хорошу картину того, як працюють процеси регуляції бактерій. Перш за все, ми отримаємо інформацію про те, чим ці процеси відрізняються від відповідних механізмів у людини. Ми сподіваємось, що на цій основі можна буде розробити нові антибіотики, до яких бактерії не можуть стати стійкими ”, - пояснює керівник робочої групи Байройта д-р. Штефан Кнауер. Як нові активні інгредієнти можуть виглядати, що порушують бактеріальну систему, але залишають людську систему незмінною, можна додатково з’ясувати за допомогою нового підходу до дослідження.