Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Структура бактериального «лекарственного насоса» раскрывает новый способ борьбы с внутрибольничной инфекцией

Выявив структуру белка, используемого бактериями для выработки антибиотиков, исследовательская группа разработала терапевтическое средство на ранней стадии, которое саботирует насос и восстанавливает эффективность антибиотиков.

В новом исследовании, проведенном учеными из Нью-Йоркского университета, Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете и Онкологического центра Лауры и Исаака Перлмуттера при Лангоне при Нью-Йоркском университете, в новом исследовании использовалась передовая микроскопия, чтобы впервые «увидеть» структуру NorA, белка, который бактериальный вид Staphylococcus aureus использует для выкачивания широко используемых антибиотиков, прежде чем они смогут их убить.

Эффлюксные насосы представляют собой один из механизмов, посредством которого S. aureus развил устойчивость к фторхинолонам, группе из более чем 60 одобренных антибиотиков, в которую входят норфлоксацин (нороксин), левофлоксацин (левахин) и ципрофлоксацин (ципро). Исследователи говорят, что фторхинолоны в настоящее время неэффективны против некоторых устойчивых к лекарствам бактериальных штаммов, включая устойчивый к метициллину S. aureus (MRSA), который является основной причиной смерти среди госпитализированных пациентов, когда инфекции становятся тяжелыми. По этой причине ученые стремились разработать ингибиторы эффлюксной помпы, но ранние попытки были затруднены из-за побочных эффектов.

«Вместо того, чтобы пытаться найти новый антибиотик, мы надеемся сделать наиболее широко используемые за последние несколько десятилетий антибиотики, ставшие неэффективными из-за устойчивости бактерий, снова высокоэффективными», — говорит первый автор исследования Дуг Броули, доктор философии. Он защитил докторскую диссертацию в лабораториях старших авторов Нейта Траасета, доктора философии, профессора кафедры химии Нью-Йоркского университета, и Да-Ненг Вана, доктора философии, профессора кафедры клеточной биологии.

Антитела в помощь

Исследование, опубликованное 31 марта в журнале Nature Chemical Biology, основано на достижениях последних лет в разработке технологий антител. Вторгшиеся бактерии заставляют иммунную систему организма вырабатывать множество несколько отличающихся друг от друга антител, белков, способных прикрепляться к определенным захватчикам и нейтрализовать их.

В текущем исследовании исследовательская группа использовала антитела, чтобы преодолеть проблему, из-за которой структура NorA не анализировалась. Броули много лет работал над точной настройкой условий экспрессии и очистки, необходимых для этого анализа, но молекула NorA компактна и едва обнаруживается даже с помощью передовой криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ).

В качестве решения исследователи проверили большую коллекцию синтетических антител, собранную в лаборатории старшего автора исследования Шохей Койде, доктора философии, профессора кафедры биохимии и молекулярной фармакологии Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете, чтобы найти те, которые которые наиболее тесно связаны с NorA. Прикрепив антитела к NorA, команда ученых фактически удвоила размер молекулы, что улучшило крио-ЭМ-изображения и впервые выявило структуру помпы NorA.

В ходе работы также было обнаружено место, где ведущее антитело команды присоединялось к NorA, как ключ к замку. Команда была удивлена, обнаружив, что место, где это антитело вписывается в NorA, было тем же самым местом, где NorA прикрепляется и удаляет антибиотики. Эти наблюдения показали, что антитело может блокировать помпу, позволяя антибиотикам оставаться внутри бактериальных клеток и препятствовать росту бактерий.

Из структуры крио-ЭМ команда также поняла, что часть антитела, наиболее глубоко встроенная в полость связывания NorA, представляет собой короткий петлевой пептид, сегмент белковых строительных блоков. «Мы были взволнованы тем, что изолированный пептид, соответствующий петле, сам по себе может ингибировать NorA», — говорит Траасет. Команда обнаружила, что этот пептид (названный NPI-1) действует как ингибитор откачивающей помпы (EPI) и снижает рост устойчивого к антибиотикам S. aureus в чашках с питательными веществами (культурами) более чем на 95 процентов при высоких концентрациях в сочетании с антибиотиком.

Структурный анализ также показал, что EPI имеет много взаимодействий со строительными блоками белка в структурном кармане, где NorA присоединяется к молекулам антибиотика. «Поэтому крайне маловероятно, что у бактерий может развиться устойчивость к такому лечению, потому что им придется случайным образом эволюционировать, чтобы каким-то образом победить EPI, не лишая при этом способности места откачивающей помпы захватывать антибиотики», — говорит Ван.

Двигаясь вперед, команда работает над улучшением дизайна своего EPI. По словам авторов, каждый остаток NPI-1 может быть оптимизирован для повышения эффективности и снижения любого потенциального побочного эффекта. Их стратегия разработки синтетических антител к NorA-подобным помпам оттока может помочь обнаружить EPI против других патогенов, которые, как известно, зависят от помп, включая Streptococcus pneumonia и Mycobacterium tuberculosis.

«Открытие этого нового способа подавления MRSA демонстрирует, что пять лабораторий из четырех отделов — с дополнительным опытом в области структурной биологии, белковой инженерии, химии пептидов и микробиологии — могут сотрудничать для достижения того, чего не может сделать никто в одиночку», — добавляет Койде.

Структура бактериального «лекарственного насоса» раскрывает новый способ борьбы с внутрибольничной инфекцией

Теги: биотехнологии

В тренде