Исследователи определили ключевой фермент в бактериях, вызывающих болезнь сердечных клапанов

Согласно доклиническому исследованию, проведенному учеными из Института здоровья полости рта Филлипса при Школе стоматологии Университета Содружества Вирджинии (VCU), болезнетворной бактерии, обитающей во рту, для возникновения серьезной сердечной инфекции необходим марганец — микроэлемент.

Эти выводы, которые могут решить давнюю загадку о том, почему некоторым бактериям для развития болезни нужен марганец, указывают на возможные новые мишени для антибиотиков.

Исследователи из VCU и MIT изучали бактерию Streptococcus sanguinis, обитающую во рту, чтобы понять ее роль в инфекционном эндокардите — заболевании сердечных клапанов. Эта инфекция трудно поддается лечению и может быть смертельной, убивая более 20% заболевших.

Уже некоторое время известно, что нескольким типам бактерий, ответственных за серьезные инфекции, включая S. sanguinis, для нормального роста требуется больше марганца, чем другим.

В совместных исследованиях, опубликованных на этой неделе в Journal of Biological Chemistry, ученые показали, что фермент, обеспечивающий строительные блоки для синтеза ДНК, для своей работы требует марганец. Когда команда VCU устранила этот фермент или второй белок, который присоединяет марганец к ферменту, бактерия больше не могла вызывать эндокардит или выживать в модели животного. Команда MIT тщательно изучила активность очищенных ферментов и определила функцию каждого. Исследование VCU-MIT стало первым в своем роде, проверившим важность этих ферментов для возникновения болезни.

По словам ведущего автора Тодда Киттена, понимание важности марганца в клетке было ключевым для определения наилучшего способа воздействия на бактерию и предотвращения болезни.

«Лучшие антибиотики атакуют части бактерии, которые критически важны для ее выживания, но не встречаются в человеческих клетках. Фермент, требующий марганца, отвечает обоим требованиям, потому что этим бактериям он нужен для выживания, а люди используют совершенно другой, содержащий железо фермент для создания строительных блоков ДНК. Именно потребность в марганце делает бактериальные белки хорошими мишенями».

Киттен добавил, что в организме человека очень мало марганца, поэтому этим бактериям требуются специализированные системы для поглощения достаточного его количества. Эти системы поглощения отсутствуют у людей. Команда находится на ранних стадиях сотрудничества с Гленом Келлоггом для создания специальных препаратов, атакующих систему поглощения марганца у этих бактерий.

В перспективе возможно воздействие и на другие болезнетворные бактерии, которые также имеют этот фермент и, вероятно, нуждаются в нем для развития болезни, включая MRSA, бактерию, вызывающую некротизирующий фасциит (Streptococcus pyogenes), и бактерию, вызывающую сибирскую язву.

Исследование опирается на предыдущие работы других ученых VCU. Исследование 1995 года, опубликованное в Infection and Immunity, впервые показало, что белок, оказавшийся белком поглощения марганца, необходим для возникновения болезни. С тех пор десятки исследователей обнаружили похожие белки у других болезнетворных бактерий. Это исследование также основано на работе, в которой группа VCU первой определила последовательность ДНК S. sanguinis.