Как бактерии превращают медь в антибиотик

Медь в малых количествах является важным питательным элементом, но также может быть токсичной. Иммунные клетки человека используют медь для борьбы с патогенами. Некоторые микроорганизмы, в свою очередь, эволюционировали способы захвата меди и включения её в биологические молекулы — либо для её усвоения в качестве питания, либо для нейтрализации токсического эффекта.

Одним из таких организмов является почвенная бактерия Pseudomonas aeruginosa, способная вызывать инфекции у пациентов больниц. Новое исследование учёных из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Калифорнийского университета в Дэвисе, опубликованное 19 ноября в журнале Science, показывает, как P. aeruginosa использует медь для производства антибиотика флуопсина C.

«Это открытие помогает нам понять, как этот патогенный микроорганизм сопротивляется меди и вытесняет нашу естественную микробиоту во время инфекции, и будет стимулировать открытие новых методов лечения», — сказал Бо Ли, доцент химии в UNC и старший автор статьи.

Флуопсин C был открыт в 1970 году. Это антибиотик широкого спектра действия, убивающий широкий спектр бактерий и грибов, включая штаммы, устойчивые к другим препаратам.

Электронный парамагнитный резонанс

Команда Бо Ли в UNC проследила поглощение меди культурой P. aeruginosa и показала, что атомы меди включаются в состав флуопсина C.

Они сотрудничали с Лизхи Тао, постдоком в лаборатории профессора Дэвида Бритта на химическом факультете UC Davis, используя электронный парамагнитный резонанс (EPR) для изучения пути синтеза. Исследователи обнаружили, что две небольшие серосодержащие молекулы связываются с каждым атомом меди в смеси цис- и транс-изомеров.

Исследование показывает, как флуопсин C может быть синтезирован ферментативным путём, а не с использованием опасных химических веществ. Превращение меди в антибиотик таким образом — это иной ответ по сравнению с процессами в большинстве организмов, которые либо изолируют, либо выводят металл из клетки, сказал Ли.

EPR — это форма спектроскопии магнитного резонанса, которая особенно подходит для изучения металлов в органических молекулах. Лаборатория Бритта в UC Davis управляет центром CalEPR, в котором находится семь приборов EPR — крупнейшее подобное учреждение на западном побережье.