Ученые открывают путь к новому поколению лекарств против супербактерий
Исследователи из Университета Восточной Англии приблизились к решению проблемы антибиотикорезистентности. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрывает механизм, с помощью которого устойчивые к лекарствам бактериальные клетки поддерживают защитный барьер.
Результаты прокладывают путь для нового класса препаратов, которые будут убивать супербактерии, разрушая их защитные стенки, а не атакуя саму бактерию. Это означает, что в будущем бактерии могут вообще не развивать устойчивость к лекарствам.
Расшифровка этого механизма также может помочь ученым лучше понять дисфункции человеческих клеток, связанные с такими расстройствами, как диабет, болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные заболевания.
Команда, поддержанная Wellcome Trust, использовала Diamond Light Source, одну из самых передовых научных установок в мире, для изучения класса бактерий, называемых «грамотрицательными бактериями».
Diamond производит интенсивный свет в 10 миллиардов раз ярче солнца, позволяя ученым исследовать практически любой материал на атомном уровне.
Грамотрицательные бактерии особенно устойчивы к антибиотикам из-за непроницаемой липидной внешней мембраны их клеток.
Эта внешняя мембрана действует как защитный барьер против атак иммунной системы человека и антибиотиков. Она позволяет патогенным бактериям выживать, но удаление этого барьера делает бактерии уязвимыми и приводит к их гибели.
Ранее исследовательская группа обнаружила «ахиллесову пяту» в этом защитном барьере. Но то, как именно строится и поддерживается эта защитная клеточная стенка — «сборочная машина» — до сих пор было неизвестно.
Ведущий исследователь профессор Чанцзян Донг из Медицинской школы Нориджа UEA сказал: «Бактериальная множественная лекарственная устойчивость, также известная как антибиотикорезистентность, является глобальной проблемой здравоохранения. Многие текущие антибиотики становятся бесполезными, вызывая сотни тысяч смертей каждый год. Число супербактерий растет с неожиданной скоростью».
«Грамотрицательные бактерии — одни из самых сложных для контроля, потому что они так устойчивы к антибиотикам».
«У всех грамотрицательных бактерий есть защитная клеточная стенка. Белки бета-барреля образуют ворота в клеточной стенке для импорта питательных веществ и секреции важных биологических молекул».
«Машина сборки бета-барреля (BAM) отвечает за строительство ворот (белков бета-барреля) в клеточной стенке».
«Остановка машины сборки бета-барреля от строительства ворот в клеточной стенке приводит к гибели бактерии».
Ученые изучали грамотрицательную бактерию E. coli, в которой машина сборки бета-барреля содержит пять субъединиц — известных как BamA, BamB, BamC, BamD и BamE. Они хотели точно узнать, как эти субъединицы работают вместе, чтобы вставлять белки внешней мембраны во внешнюю мембрану или клеточную стенку.
Профессор Донг сказал: «Наше исследование показывает структуры всей машины сборки бета-барреля в двух состояниях — начальном и конечном. Мы обнаружили, что пять субъединиц образуют кольцевую структуру и работают вместе, выполняя вставку белка внешней мембраны с помощью нового механизма вращения и вставки».
«Наша работа — первая, показывающая весь комплекс BAM. Она прокладывает путь для разработки лекарств нового поколения».
«Машина сборки бета-барреля абсолютно необходима для выживания грамотрицательных бактерий. Субъединица BamA расположена во внешней мембране и открыта с внешней стороны бактерии, что предоставляет отличную мишень для новых лекарств».
«В митохондриях человека аналогичный комплекс, называемый комплексом сортировки и сборки (SAM), отвечает за построение белков внешней мембраны во внешней мембране митохондрий».
«Дисфункция белков внешней мембраны митохондрий связана с расстройствами, такими как диабет, болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные заболевания, поэтому мы надеемся, что эта работа также поможет нам лучше понять эти человеческие болезни».