Как антибиотики убивают бактерии: раскрыт ключевой механизм
Новое исследование учёных из MIT и Бостонского университета раскрыло общий механизм действия трёх основных классов антибиотиков. Оказалось, что препараты вызывают образование разрушительных молекул — гидроксильных радикалов, которые через цепочку клеточных событий наносят фатальные повреждения ДНК бактерий.
Фатальное повреждение ДНК
В 2007 году было показано, что три класса антибиотиков — хинолоны, бета-лактамы и аминогликозиды — убивают клетки, производя гидроксильные радикалы. Ранее считалось, что эти радикалы атакуют все компоненты клетки без разбора.
Однако новое исследование выявило, что ключевую роль играет повреждение конкретного компонента ДНК — гуанина, одного из четырёх нуклеотидных оснований. Повреждённый (окисленный) гуанин встраивается в ДНК. Когда клетка пытается его исправить, это приводит к её гибели.
Механизм "самоубийства" клетки
- Специализированный фермент DinB встраивает окисленный гуанин в новую цепь ДНК.
- Ферменты системы репарации MutY и MutM пытаются удалить повреждение, разрезая цепь ДНК.
- Если такие разрезы происходят вблизи друг друга на противоположных цепях ДНК, возникает двойной разрыв цепи — обычно смертельное для клетки событие.
"Эта система, которая в норме должна защищать и обеспечивать точность, становится вашим палачом", — говорит профессор MIT Грэм Уокер.
Новые мишени для усиления антибиотиков
Исследователи обнаружили, что бактерии иногда могут спастись, починив двойной разрыв с помощью гомологичной рекомбинации. Подавление ферментов этого процесса может повысить чувствительность бактерий к антибиотикам.
"Наша работа предполагает, что белки, участвующие в репарации двойных разрывов ДНК, могут быть очень интересными мишенями для повышения эффективности лекарств", — отмечает профессор Джеймс Коллинз.
Также выяснилось, что у аминогликозидов есть дополнительный механизм: окисленный гуанин встраивается в матричную РНК (mRNA), что приводит к синтезу дефектных белков, которые, в свою очередь, вызывают ещё большее образование радикалов и повреждений.
Понимание этих деталей открывает пути для улучшения существующих антибиотиков, снижения их доз и преодоления устойчивости бактерий.