Реалистичное моделирование потока ионов через мембрану проливает свет на устойчивость к антибиотикам

Ионные каналы, регулирующие поток ионов через клеточные мембраны, играют ключевую роль во многих клеточных процессах. Новое исследование представляет инновационную вычислительную модель, которая реалистично симулирует сложные условия биологических систем и позволяет более точно изучать функцию ионных каналов на уровне отдельных атомов. Работа, опубликованная Cell Press в выпуске Biophysical Journal от 17 августа, даёт детальное представление о функции бактериального канала PorB, убивающего клетки мозга при бактериальном менингите, и проливает свет на механизмы смертельной устойчивости к антибиотикам.

«Ионные каналы играют важнейшую роль в клеточном гомеостазе и передаче сигналов», — говорит старший автор исследования доктор Ульрих Захариа из Института биофизической химии Макса Планка. Изучение их функции критически важно как для понимания межклеточной коммуникации, так и для разработки лекарств против множества заболеваний, вызванных каналами. Разработав новую вычислительную модель, доктор Захариа и коллеги смогли напрямую симулировать поток ионов через мембранные каналы в условиях, максимально приближенных к условиям живых клеток.

Исследователи применили свой новый метод для изучения PorB — бактериального канала, образуемого патогенной Neisseria meningitidis. PorB встраивается в мембраны ключевых внутриклеточных структур в инфицированных клетках мозга хозяина и вызывает их гибель. Новый подход позволил группе доктора Захариа изучить детальные молекулярные механизмы потока ионов через PorB и исследовать влияние специфических мутаций на прохождение ионов через канал. Это имеет медицинское значение, поскольку эти смертоносные бактерии быстро развивают устойчивость к антибиотикам, мутируя канал PorB, который также является главными входными воротами в бактерию, так что обычные антибиотики больше не могут пройти через канал. «Главная цель нашего исследования — определить, как следует модифицировать распространённые антибиотики, чтобы они снова могли проходить через бактериальные каналы», — объясняет доктор Захариа.

Таким образом, новый подход позволил получить исключительно детальный взгляд на функцию ионных каналов. «Мы показали, что наш метод точно предсказывает ионную проводимость и селективность и детально объясняет механизмы ионной проводимости», — заключает доктор Захариа. «Следовательно, мы ожидаем, что он будет полезен для изучения молекулярных механизмов прохождения ионов, например, для улучшения дизайна лекарств, нацеленных на ионные каналы, такие как PorB. Результаты таких исследований могут оказаться решающими для большой группы опасных бактериальных инфекций, которые развивают всё большую устойчивость к антибиотикам».