Учёные обнаружили новый механизм защиты бактерий от антибиотиков

Исследователи из лаборатории Северинова в Сколтехе и их коллеги из России и США обнаружили новый механизм бактериальной самозащиты от микроцина C (McC) — мощного антибиотического оружия в микромире, которое иногда может "стрелять" по своим.

Микроцин C — это пептидно-нуклеотидный антибиотик, продуцируемый некоторыми штаммами Escherichia coli. По сути, это "троянский конь": его пептидный компонент помогает ему проникнуть в клетку, где внутренние механизмы клетки превращают его в так называемый "обработанный McC". Это соединение полностью блокирует биосинтез белка, вмешиваясь в работу его ключевого компонента — аспартил-тРНК-синтетазы.

К сожалению для продуцента микроцина C, некоторые "греки" в этой метафоре неизбежно "выбираются из коня" слишком рано, пока он ещё внутри производящей клетки, что приводит к самоотравлению. Поэтому продуцирующей клетке приходится проявлять изобретательность в разработке защиты от собственного оружия; одна из таких защит — фермент, который ацетилирует обработанный McC, делая его бесполезным.

Аспирант Сколтеха Эльдар Ягмуров и его коллеги обнаружили ещё один способ защиты клеток — гидролазы суперсемейства гистидин-триад (HIT), то есть ферменты, расщепляющие более крупную молекулу на более мелкие с использованием воды.

"Гидролазы HIT давно подозревались в участии в механизмах самозащиты от микроцина C. Известно, что один конкретный фермент этого семейства разрывает связь между фосфором и азотом, соединяющую две части в комплексе, очень похожем на McC, — поэтому мы предположили, что может существовать другой член суперсемейства, способный работать против микроцина C", — говорит Ягмуров.

Исследователи использовали биоинформатику, чтобы предсказать кластер в геноме грамотрицательной бактерии Hyalangium minutum, который кодирует производство её McC-подобных соединений и конкретную фосфорамидазу суперсемейства HIT. Они предположили, что этот фермент может обеспечивать самозащиту от этих антибиотиков. Эксперименты подтвердили, что это действительно так: фермент, по-видимому, разрушает связь между "транспортной" и "боевой" частями обработанного McC, деактивируя последнюю.

"Изучая естественно существующие средства устойчивости к антибиотикам, особенно для такого перспективного противомикробного агента, как McC, мы можем попытаться быть на шаг впереди бактерий и модифицировать антибиотик таким образом, чтобы он мог обходить эти естественные защиты", — добавляет Ягмуров.

Согласно статье, у других бактерий могут быть свои аналоги HIT-фермента H. minutum, каждый из которых защищает от определённого McC-подобного соединения, используемого для выживания в жёстком бактериальном мире. Это также подразумевает существование множества ещё не идентифицированных McC-подобных соединений, некоторые из которых могут обладать потенциалом для практического использования в качестве антибиотиков будущего.