Различия в использовании гема у животных и бактерий указывают на потенциальную мишень для новых антибиотиков

Гем — важная часть белков, встречающихся в большинстве форм жизни, от бактерий до сои и человека. Он играет ключевую роль в снабжении клеток энергией для химических реакций.

В клетках человека железосодержащий гем является кофактором двух типов молекул: гемоглобина, переносящего кислород, и цитохромов.

Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе, опубликованное в журнале eLife, показывает, как животные и бактерии различаются по ферменту, который присоединяет гем к цитохрому. Выявление вариаций в работе этого цитохром c-синтазы поможет найти соединения, деактивирующие фермент у бактерий, но не у людей. Результаты демонстрируют, что бактериальная цитохром c-синтаза может быть перспективной мишенью для новых антибиотиков.

Изучение этого фермента в живых клетках сложно. Учёные впервые очистили бактериальный белок CcsBA и человеческий HCCS и в условиях in vitro присоединили гем к цитохрому c или его пептидам. Это позволило определить, какие структуры цитохрома распознаёт каждый фермент для присоединения гема. Также было показано, что пептиды могут ингибировать присоединение гема HCCS.

Эксперименты выявили, что человеческая и бактериальная синтазы ориентируются на разные участки цитохрома c. Различные короткие соединения могли блокировать либо человеческий, либо бактериальный фермент.

Эти различия могут привести к созданию новых антибиотиков, которые предотвращают сборку цитохрома и убивают бактерии, не затрагивая пациентов. На процесс уже подана предварительная заявка на патент.

Исследование стало результатом семилетней работы, в которой объединились экспертиза нескольких учёных и студентов.

Поскольку растения также используют CcsBA в своих хлоропластах и не могут расти без цитохромных белков, команда также изучает возможность блокировки цитохромных процессов в растениях для создания более эффективных гербицидов.

Контроль над процессами с участием гема открывает перспективы в здравоохранении и сельском хозяйстве. Наиболее интересным для исследователей является потенциал в создании новых антибиотиков.

«Теперь мы видим, как можно нацелиться на гем, чтобы лишить бактерии энергии», — говорит профессор Роберт Кранц. — Следующий шаг — идентифицировать молекулы, которые специфически нарушают работу цитохром-синтазы у бактерий».