Учёные раскрыли, как пенициллин наносит бактериям сокрушительный удар — работа, которая может привести к созданию новых антибиотиков

Пенициллин, чудо-лекарство, открытое в 1928 году, действует способами, которые остаются загадкой почти столетие спустя. Этот один из старейших и наиболее широко используемых антибиотиков атакует ферменты, которые строят бактериальную клеточную стенку — сетчатую структуру, окружающую мембрану и придающую клеткам целостность и форму. Как только эта стенка нарушена, бактерии погибают.

Однако за последние десятилетия возникла устойчивость к пенициллину и другим антибиотикам, став серьёзной угрозой. Учёные до сих пор мало понимают, как работают старые антибиотики.

Исследование Томаса Бернхардта из Гарвардской медицинской школы и его коллег, опубликованное 4 декабря в Cell, раскрывает новый механизм действия пенициллина.

Токсичный "порочный круг" вместо простого блокирования

Работая с E. coli, учёные показали, что пенициллин и родственные ему бета-лактамные антибиотики делают больше, чем просто блокируют сборку клеточной стенки. Они заставляют клеточную "строительную машину" работать с токсичными последствиями.

• Известный механизм: Бета-лактамы блокируют ферменты, которые создают поперечные сшивки в растущей стенке, ослабляя её.
• Новое открытие: Лекарство не только ингибирует фермент-мишень, но и превращает его так, что его оставшаяся активность становится токсичной. Бактерия продолжает синтезировать новые цепи стенки, но из-за блокировки сшивок они немедленно разрушаются. Это создаёт бесполезный цикл "строительства и немедленного разрушения".

Этот цикл истощает ресурсы клетки, необходимые для выживания. По словам Бернхардта, достаточно воздействовать на часть "строительных машин", чтобы через этот порочный круг истощить ресурсы для всех остальных, что делает лекарство более мощным.

Связь с устойчивостью и новые перспективы

Исследование также пролило свет на механизм устойчивости. Учёные напрямую показали, что фермент Soluble Lytic Transglycosylase (Slt) вызывает тот самый бесполезный цикл, создавая сигнал тревоги, который бактерия использует для запуска производства бета-лактамаз — ферментов, разрушающих антибиотик.

Более детальное понимание того, как Slt рекрутирует бета-лактамазы, может привести к способам блокировки этой формы резистентности. Бернхардт уже начал новые химические скрининги в поисках молекул-кандидатов в антибиотики, нацеленные на клеточную стенку, используя новое знание о её "токсичном" нарушении.