Учёные открыли новый токсин, подавляющий рост бактерий

Международная группа исследователей обнаружила новый убивающий бактерии токсин, который может помочь в борьбе с инфекциями, вызванными супербактериями.

Открытие этого подавляющего рост токсина, который бактерии вводят в клетки конкурентов для получения преимущества, опубликовано в журнале Nature.

Исследование провели со-руководители Джон Уитни, доцент кафедры биохимии и биомедицинских наук Университета Макмастера, и Майк Лауб, профессор биологии Массачусетского технологического института (MIT).

Уитни и его аспирант Шехрияр Ахмад из Института исследований инфекционных заболеваний Майкла Г. ДеГрута изучали, как бактерии выделяют антибактериальные молекулы, когда наткнулись на новый токсин. Это был антибактериальный фермент, ранее неизвестный исследователям.

Определив молекулярную структуру токсина, учёные поняли, что он похож на ферменты, синтезирующие известную сигнальную молекулу бактерий — (p)ppGpp. Эта молекула обычно помогает бактериям выживать в стрессовых условиях, например, при воздействии антибиотиков.

«3D-структура этого токсина сначала озадачила, потому что ни один известный токсин не похож на ферменты, производящие (p)ppGpp, а сам (p)ppGpp не является токсином», — сказал Ахмад.

Предположив, что токсин может убивать бактерии, производя вредные количества (p)ppGpp, команда из Макмастера поделилась находкой с Лаубом, исследователем Медицинского института Говарда Хьюза (США).

Боюань Ван, постдок в лаборатории Лауба, специализирующийся на сигналинге (p)ppGpp, изучил активность нового фермента. Он выяснил, что вместо синтеза (p)ppGpp этот фермент производит малоизученную, но родственную молекулу — (p)ppApp. Каким-то образом производство (p)ppApp было губительно для бактерий.

Исследователи установили, что быстрое производство (p)ppApp этим ферментом-токсином истощает клеточные запасы молекулы АТФ. АТФ часто называют «энергетической валютой клетки», поэтому, когда её запас исчерпывается, нарушаются важнейшие клеточные процессы, и бактерии погибают.

«Я нахожу абсолютно увлекательным, что эволюция, по сути, "перепрофилировала" фермент, который обычно помогает бактериям пережить лечение антибиотиками, и вместо этого развернула его как антибактериальное оружие», — сказал Уитни.

Исследования в Университете Макмастера финансировались Канадскими институтами исследований в области здравоохранения (CIHR) и связаны с Институтом инфекций и иммунитета CIHR (CIHR-III), базирующимся в Макмастере, при дополнительном финансировании от Центра Дэвида Брейли по открытию антибиотиков. Работа в MIT была поддержана Медицинским институтом Говарда Хьюза и Национальными институтами здравоохранения США (NIH).

«Это важное открытие с потенциальными последствиями для разработки альтернатив антибиотикам, что является глобальным приоритетом в борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам. Обнадеживает видеть, что молодые канадские исследователи, такие как доктор Уитни, преуспевают и становятся лидерами в этой области», — сказала Чару Каушик, научный директор CIHR-III и профессор патологии и молекулярной медицины в Макмастере.