Антибиотики могут лечить не только бактериальные инфекции, но и болезни человека

Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) показали, что антибиотики, используемые для лечения бактериальных инфекций (например, пневмонии или синусита), теоретически могут применяться и для лечения болезней человека, таких как рак.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда из Колледжа фармации UIC продемонстрировала в лабораторных экспериментах, что эукариотические рибосомы можно модифицировать так, чтобы они реагировали на антибиотики так же, как прокариотические.

• Эукариоты (грибы, растения, животные, включая человека) состоят из клеток с четко выраженным ядром.
• Прокариоты (бактерии) состоят из клеток без ядра, с другой структурой, размером и свойствами.
• Рибосомы эукариот и прокариот, отвечающие за синтез белков, также различны.

Антибиотики, такие как макролиды, связываются с рибосомой бактериальной клетки и избирательно ингибируют синтез белка. Без производства определенных белков бактерии погибают. Клетки пациента при этом не страдают, потому что антибиотики не предназначены для связывания с рибосомами эукариот другой формы.

Поскольку многие болезни человека (например, некоторые виды рака или нейродегенеративные заболевания) вызваны экспрессией нежелательных белков, ученые задались вопросом, можно ли использовать антибиотик, чтобы остановить производство только этих «плохих» белков в человеческой клетке.

Чтобы ответить на этот вопрос, команда под руководством Александра Манкина и первого автора Максима Светлова использовала дрожжи (эукариот с клетками, похожими на человеческие). Исследователи, включая партнеров из Германии и Швейцарии, выполнили «хитрый трюк»: они сконструировали рибосому дрожжей, чтобы она стала более похожей на бактериальную.

С помощью методов биохимии и тонкой генетики ученые изменили один нуклеотид из более чем 7000 в рибосомальной РНК дрожжей. Этого оказалось достаточно, чтобы макролидный антибиотик начал действовать на эукариотическую рибосому.

Используя эту модель, исследователи применили геномное профилирование и высокоразрешающий структурный анализ, чтобы понять, как синтезируется каждый белок в клетке и как макролид взаимодействует с рибосомой дрожжей.

Ключевой вывод: в зависимости от конкретной генетической сигнатуры белка (наличия «хорошей» или «плохой» последовательности) макролид может останавливать или не останавливать его производство на эукариотической рибосоме. Это концептуально доказывает, что антибиотики можно использовать для избирательного ингибирования синтеза белка в клетках человека.

Эксперименты закладывают основу для дальнейших исследований. Теперь, когда концепция доказана, можно искать антибиотики, способные связываться с немодифицированными эукариотическими рибосомами, и оптимизировать их для ингибирования только тех белков, которые вредны для человека.