Визначена стійкість у боротьбі проти патогенних мікроорганізмів Інститут біофізичної хімії Макса Планка

Дослідники з’ясовують структуру та функції важливого ендогенного антибіотика

Антибіотики відпускаються не тільки за рецептом. Наш власний організм також виробляє ефективні речовини, щоб утримувати бактерії, грибки та віруси в контролі. Міжнародна дослідницька група з Геттінгена, Тюбінгена, Единбурга та Страсбурга зараз з'ясувала структуру важливого ендогенного антибіотика, який називається дермцидин, атом за атомом. Вчені виявили, що це високоефективна зброя в боротьбі проти збудників туберкульозу та інших небезпечних нападників. Їхні результати могли б допомогти у розробці нових антибіотиків, які також можуть успішно боротися з мультирезистентними бактеріями.
(Праці Національної академії наук США, 20 лютого 2013 р)

Коли ми починаємо пітніти, є і хороша річ. Він розподіляє на шкірі високоефективні антибіотики, які захищають нас від патогенних мікроорганізмів. Якщо наша шкіра пошкоджена подряпиною, порізом чи укусом комара, активні речовини, такі як дермцидин, що утворюється в потових залозах, швидко та ефективно вбивають небезпечних зловмисників. Такі так звані антимікробні пептиди (АМФ) навіть набагато перевершують звичайні антибіотики в одному важливому відношенні. Збудники хвороби не можуть стати стійкими до них протягом короткого періоду часу. AMP ефективно запобігають розвитку резистентності, спеціально націлюючись на ахілесову п’яту патогенного зловмисника: вони перфорують мембрану своєї життєво важливої оболонки, і вони не можуть легко змінити збудника. Тому AMP мають великий потенціал для антибіотиків нового покоління.

Відомо 1700 ендогенних AMP

“Але для того, щоб адаптувати такі активні інгредієнти, ми спочатку повинні детально зрозуміти, як власні антибіотики організму успішно перемагають патогени. Хоча на сьогоднішній день виявлено 1700 таких пептидів, ми дуже мало знаємо про їх форму та функції », - підкреслює Берт де Гроот, керівник дослідницької групи« Обчислювальна біомолекулярна динаміка »Інституту біофізичної хімії Макса Планка в Геттінгені. Разом з колегами з Единбурга (Великобританія), Тюбінгена, Страсбурга (Франція) та Геттінгена він вперше атомно детально з’ясував, що робить дермцидин справжньою диво-зброєю в боротьбі з небезпечними патогенами.

Вченим давно відомо, що дермцидин розщеплюється в кисло-солоному поту і таким чином активізується. Тоді активний пептид дермцидину, стабілізований іонами цинку, що знаходяться в поті, утворює крихітні канали через оболонку мембрани збудника і практично перфорує його. В результаті вода та іони безконтрольно протікають через оболонку мембрани. Водний баланс і транспортні процеси мікроорганізмів виходять з-під контролю, вони повільно відмирають.

Дермцидин атакує ахілесову п’яту нападника

Завдяки поєднаному використанню рентгенівської кристалографії та твердотільної ЯМР-спектроскопії дослідники на чолі з Корнеліусом Цетом з Інституту біології розвитку Макса Планка в Тюбінгені та Буркхардом Бехінгером при Страсбурзькому університеті тепер можуть атом за атомом пояснити, як побудований цей канал. Як вони з’ясували, він надзвичайно довгий, проникний і пристосований. Таким чином, він утворює абсолютно новий клас мембранних білків.

Активний дермцидин є білком-каналом з надзвичайно високою проникністю та адаптацією до іонів. Ці властивості роблять його потужним антибіотиком широкого спектру дії.

За допомогою складних комп’ютерних моделювань команда Берта де Грута спостерігала за активним дермцидином, «так би мовити». На подив дослідників з Геттінгена, іони перетнули канал дуже незвично. Хімік Ульріх Захарія пояснює: «У нашому моделюванні ви дуже чітко бачите, що канал перекривлений в мембрані. Як результат, іони також використовують "бічний вхід". Таким чином, більше іонів може перетинати канал одночасно ". Моделювання, таким чином, дає пояснення високої іонної проникності каналу, яку Клаудія Штейнем з Університету Геттінгена змогла виміряти в електрофізіологічних експериментах. Результати Штейнема також показують: без іонів цинку диво-зброя виходить з ладу. Функціональні канали утворюються в оболонці мембрани лише при взаємодії іонів цинку та дермцидину. Якщо вчені запобігли цій взаємодії, мутуючи певний будівельний матеріал у дермцидині (так званий амінокислотний залишок гістидину), жоден проникний для іонів канал не утворювався.

Потенціал для нового класу антибіотиків

Дермцидин також може надзвичайно мінливо адаптуватися до різних типів мембран. «Це може пояснити, чому активний дермцидин є таким ефективним антибіотиком широкого спектру дії і може боротися з бактеріями та грибками. Він діє проти багатьох відомих збудників, таких як збудник туберкульозу Мікобактерії туберкульозу або Золотистий стафілокок“, Пояснює де Гроот. Зокрема, мультистійкі штами Золотистий стафілокок стають дедалі більшою загрозою в лікарнях. Вони нечутливі до загальноприйнятих антибіотиків і тому важко піддаються лікуванню. За даними Інституту Роберта Коха, у 1976 році було лише два відсотки Стафілокок-Бактерії, стійкі до антибіотиків. До 2009 року ця частка зросла до трохи менше 22 відсотків. Інфекції цим збудником можуть призвести до таких небезпечних для життя захворювань, як зараження крові та пневмонія. Міжнародна дослідницька група сподівається, що отримані ними результати призведуть до розробки нового класу антибіотиків, здатних успішно боротися з такими небезпечними патогенами. (кр)