Група вчених з університету Іллінойсу, яким вдалося розкрити механізм формування природних антибіотиків.
Дослідники з Іллінойського університету в Урбані-Шампейні повідомляють в опублікованій в Nature статті про прорив у розумінні процесу виробництва антибіотиків, що виробляються деякими мікроорганізмами. Це відкриває шлях до створення тисяч нових молекул, багато з яких знайдуть застосування в медицині.
Вчені сконцентрувалися на вивченні класу сполук, що включає десятки речовин з антибіотичними властивостями. Найвідомішим з них є низин (nisin), продукт життєдіяльності Streptococcus lactis. У 50-ті роки XX століття почалося промислове виробництво низину, трохи пізніше низин став застосовуватися в харчовій промисловості як консервант (Е234).
Ген, який відповідає за виробництво низину, відомий і вчені можуть зібрати ланцюг амінокислот (так званий пептид), кодований цим геном. Але пептид проходить кілька модифікацій в клітці після того, як він утворився, саме ці зміни надають йому остаточний вид і функціональність. Дослідникам знадобилося понад 25 років, щоб зрозуміти, як відбуваються ці зміни.
«Пептиди трохи схожі на спагетті, вони занадто гнучкі, щоб виконувати свою роботу, - говорить професор хімії Вілфред ван дер Донк (Wilfred van der Donk), який разом з професором біохімії Сатіш К. Наїр (Satish K. Nair) очолював дослідження. - Тому те, що робить природа - вона починає закільцівувати пептид, створюючи кліціцику».
Це відбувається в результаті діяльності спеціальних ферментів. У разі низину, фермент дегідратаза відокремлює від пептида молекули водню і кисню, що дозволяє надати антибіотику його фінальну, тривимірну форму. Це перший крок в утворенні структури пептида, що представляє собою п'ять кілець.
Кільця необхідні низину для виконання функції антибіотика: два з них перешкоджають будівництву бактеріальних клітинних стінок, в той час як інші три пробивають отвори в бактеріальних мембранах. Ця подвійна дія дуже ефективна, вона успішно протистоїть розвитку антибіотикостійких мікробів.
Попередні дослідження показали, що дегідратаза бере участь у формуванні вторинної структури пептида, але дослідники не могли визначити, як вона це робить. Тепер же отримано дані про те, що в процесі важливу роль відіграє глутамат.
"Виявлено, що дегідратаза робить дві речі, - розповідає Сатиш К. Наїр. - По-перше, вона додає глутамат до пептида, низину. По-друге, вона відокремлює від пептида глутамат. Але як один фермент має дві різні дії? "
Щоб отримати відповідь на це питання, було використано метод рентгенівської кристалографії, що дозволив візуалізувати, як дегідратаза прив'язується пептиду низину. Виявилося, що фермент взаємодіє з пептидом у двох напрямках: він фіксує і утримує одну частину пептида, поки інша частина дегідратази формує кільцеву структуру.
"Є частина первинної структури пептида, який стійко тримається, і є частина, яка є гнучкою. І на гнучку частину спрямована дія всіх хімічних процесів ", - пояснює Сатиш К. Наїр.
Також стала зрозуміла роль тРНК, що постачає глутамат, необхідний дегідратазі для формування працюючої форми пептида.
"У цьому дослідженні ми відповідаємо на безліч питань, пов'язаних з тим, як дегідратизація працює на хімічному рівні, - говорить ван дер Донк. Виявилося, що в природі досить велика кількість натуральних продуктів, багато з яких мають терапевтичний потенціал, виробляються аналогічним чином. Це схоже на включення світла в кімнаті, де було темно. Тепер ми, і інші лабораторії зможуть робити такі речі, які ми не могли робити раніше ".