Яндекс.Погода

среда, 22 сентября

дождь+7 °C

Группа ученых из Пущина химически синтезировала фрагмент бактериальной клеточной стенки, способный разрушаться ферментом бактериофага – эндолизином

22 июля 2021 г., 17:00

Просмотры: 28


Данные исследования в перспективе помогут создать новые лекарственные препараты, альтернативные антибиотикам. Работа опубликована в журнале PeerJ.

Анна Скурихина

Бактериальные инфекции подрывают здоровье человека и входят в перечень ведущих причин смерти по данным ВОЗ. Пониженная восприимчивость к антибиотикам чрезвычайно затрудняет лечение инфекций, поэтому ученые в настоящее время пытаются расширить спектр альтернативных антибактериальных агентов. Подходящие кандидаты на эту роль — эндолизины — ферменты бактериофагов, разрушающие пептидогликан, основной компонент бактериальной клеточной стенки.

Бактерии защищены от непосредственного воздействия внеклеточной среды прочной клеточной стенкой, основным компонентом которой является пептидогликан (муреин). Чтобы помочь эндолизинам при воздействии извне уничтожить бактерию, нужно понимать механизм их воздействия на клеточную стенку, включая участки связывания с муреином.

Коллектив Лаборатории ЯМР-исследований биосистем ИТЭБ РАН под руководством д.ф.-м.н., проф. Виктора Павловича Кутышенко совместно с Группой молекулярной биотехнологии и Группой химии пептидов Отдела биотехнологии Филиала ИБХ РАН исследует эндолизины – ферменты бактериофагов. Они попытались выяснить, как именно происходит процесс разрушения пептидогликана?

Авторы рассмотрели три маленьких белка бактериофагов - эндолизины Т5, RB43 и RB49. Они удобны для структурных исследований своим небольшим размером.

«Эндолизины, которые мы изучаем, это компактные белки молекулярной массой 14-15 кДа. Эндолизины синтезируются бактериофагом в конце фаговой инфекции, чтобы фаговое потомство могло выйти из бактериальной клетки в окружающую среду. Для этого исследуемые нами ферменты гидролизуют пептидную связь между D-глутамином и L-аланином в пептидогликане клеточной стенки. Это необычные ферменты, поскольку способны распознавать D-аминокислоты, в то время как большинство пептидаз «узнают» только L-аминокислоты, из которых построены обычные белки.

Если мы поймем, как разрушается клеточная стенка, то решим фундаментальную задачу – установим связь структуры и функции ферментов, обладающих антибактериальными свойствами.

Нам удалось синтезировать растворимую структуру (миметик, то есть аналог, участка клеточной стенки), состоящую из двух сахаров и четырехпептидной цепочки L-аланин-D-глутамат-L-аланин-D-аланин и моделирующую клеточную стенку бактерий. С помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) мы изучили работу выбранных ферментов. Обнаружили, с каким участком модельной структуры взаимодействует белок, чтобы разорвать связь», - прокомментировал работу Виктор Павлович.

Авторами была впервые синтезирована минимальная, удобная модель клеточной стенки; как и в природном субстрате, в модельном разрушается связь между D-глутаминовой кислотой и L-аланином. Ученые полагают, что дальнейшее исследование миметиков другого строения поможет понять, какие участки белка отвечают за связывание природной клеточной стенки.

Представленный водорастворимый миметик пептидогликана (клеточной стенки) и его деградация in vitro эндолизинами T5, RB43 и RB49 были охарактеризованы методом ЯМР в растворе. Показано, что модельный пептидогликан может гидролизоваться данными эндолизинами, причем эффективность расщепления зависит от фермента и pH окружающей среды. Для гидролиза этого миметика гликопептида ферменты приближаются к гликопептиду рядом с метильными группами всех трех аланинов. Следовательно, разработанный в данном исследовании гликопептид может служить подходящей моделью для анализа гидролиза пептидогликана in vitro.

Антибиотикоустойчивые патогены подняли планку требований к новым противомикробным препаратам: в идеале они должны устранять возбудителей с множественной устойчивостью и успешно предотвращать дальнейшее развитие резистентности. Эндолизины бактериофагов обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными кандидатами на эту роль. Эти ферменты работают на поверхности клетки патогена и не подвержены действию внутриклеточных механизмов защиты. Мультидоменная природа эндолизинов позволяет конструировать белки с двумя или более литическими активностями, увеличивая терапевтический потенциал препаратов. Множество лабораторий по всему миру занимаются поиском и испытанием новых эффективных эндолизинов, и ближайшие успехи в данной области, вероятно, станут отправной точкой для широкомасштабного терапевтического использования этих ферментов.

Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (№ 18-04-00-492; Галина Микулинская)

Источник: пресс-служба администрации г.о. Пущино.

Обсудить тему

Введите символы с картинки*