Пептид жабы превращается в смертельное оружие против бактерий

Исследователи из Техниона и EMBL Hamburg обнаружили удивительные молекулярные свойства антимикробного пептида из кожи австралийской жабы. Это открытие может вдохновить разработку новых синтетических препаратов для борьбы с бактериальными инфекциями.

Учёные определили трёхмерную молекулярную структуру антибактериального пептида уперина 3.5, который выделяется на коже австралийской жабы-гладконога (Uperoleia mjobergii) как часть её иммунной системы. Они обнаружили, что пептид самоорганизуется в уникальную фибриллярную структуру, которая с помощью сложного механизма структурной адаптации может менять свою форму в присутствии бактерий, защищая жабу от инфекций. Это даёт уникальные доказательства на атомном уровне, объясняющие механизм регуляции антимикробного пептида.

Антибактериальные фибриллы на коже жабы имеют структуру, напоминающую амилоидные фибриллы — признак нейродегенеративных заболеваний, таких как Альцгеймер и Паркинсон. Хотя амилоидные фибриллы десятилетиями считались патогенными, недавно было обнаружено, что некоторые из них могут приносить пользу организмам, которые их производят — от человека до микробов. Например, некоторые бактерии производят такие фибриллы для борьбы с иммунными клетками человека.

Результаты показывают, что антибактериальный пептид, выделяемый на коже жабы, самоорганизуется в «спящую» конфигурацию в виде высокостабильных амилоидных фибрилл, которые учёные описывают как кросс-β конформацию. Эти фибриллы служат резервуаром потенциальных молекул-атакующих, которые могут быть активированы при появлении бактерий. Как только пептид сталкивается с бактериальной мембраной, он меняет свою молекулярную конфигурацию на менее компактную кросс-α форму и превращается в смертельное оружие. «Это сложный защитный механизм жабы, индуцированный самими атакующими бактериями, — говорит структурный биолог Мейталь Ландау, ведущий автор исследования. — Это уникальный пример эволюционного дизайна переключаемых супрамолекулярных структур для контроля активности».

Потенциал для будущих медицинских применений

Антимикробные пептиды встречаются во всех царствах жизни, и поэтому предполагается, что они обычно используются в природе как оружие, иногда эффективное против не только бактерий, но и раковых клеток. Более того, уникальные амилоидоподобные свойства антибактериального пептида жабы, обнаруженные в этом исследовании, проливают свет на потенциальные физиологические свойства амилоидных фибрилл, связанных с нейродегенеративными и системными расстройствами.

Исследователи надеются, что их открытие приведёт к медицинским и технологическим применениям, например, к разработке синтетических антимикробных пептидов, которые активировались бы только в присутствии бактерий. Такие синтетические пептиды также могли бы служить стабильным покрытием для медицинских устройств или имплантатов, или даже в промышленном оборудовании, требующем стерильных условий.