Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
10 декабря 2016, суббота, 19:37
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

Новый антибиотик обманывает бактерий

Модель молекулы РНК
Модель молекулы РНК

В недавнем номере журнала Nature вышла статья, где описываются события, приведшие к открытию нового антибиотика – рибоцила, и раскрывается механизм действия этого антибиотика. Более того, в статье сделан вывод, что такие антибиотики могут найтись еще.

Принципиальная новизна рибоцила заключает в его мишени. Мишень рибоцила – рибопереключатель (РНК-структура), регулирующий биосинтез флавинмононуклеотида. Ничего страшного, если в предыдущем предложении вы знаете не все слова, или знакомые слова не сложились в понятное предложение. Сейчас мы попробуем в этом разобраться.

Флавинмононуклеотид (FMN) – производная витамина B2 (рибофлавина). Для людей витамин B2 – незаменимый витамин, у человека нет ферментов, которые могли бы его синтезировать. Бактерии тоже предпочитают получать его из внешний среды, но, если извне добыть его не удается, они могут синтезировать его сами. У бактерий, в отличие от людей, нужные для этого ферменты есть. Витамин B2 в организме и людей, и бактерий очень важен. Его производные: флавинмононуклеотид (FMN) и флавинадениндинуклеотид (FAD) – благодаря своей способности акцептировать электроны участвуют во многих окислительно-восстановительных реакциях (в том числе, во многих реакциях, входящих в цикл Кребса), а, значит, необходимы для синтеза АТФ.

Бактериальные клетки синтезируют ферменты, нужные для биосинтеза FMN, только если он не поступает извне. Интерес тут представляет молекулярный механизм принятия этого решения. Оно принимается так называемыми рибопереключателями – особыми регуляторными последовательностями РНК. В состав рибопереключателей входят фрагменты РНК со специфической трехмерной структурой. Эти фрагменты могут связываться с малыми молекулами (например, FMN) и, связавшись, изменить свою конформацию (трехмерную структуру). Как правило, они находятся в нетранслируемой области матричной РНК (мРНК) и в одной из конформаций препятствуют синтезу белка. Подробнее о неожиданных способностях РНК, не входящих пока в школьную программу, можно почитать в очерке нашем специальном очерке.

На этом и основывается принятие бактерий решения, нужны ли ей белки для биосинтеза FMN или нет. Если FMN в бактерии есть, он связывается с рибопереключателем, и переключатель находится в выключенном состоянии: белок с мРНК не синтезируется. Если FMN нет, синтез белка включается. Авторам работы пришло в голову, что бактерию можно обмануть. Если найти молекулу, которую переключатель посчитает достаточно похожей на FMN, белки, нужные для самостоятельного биосинтеза FMN, синтезироваться не будут. Если рибофлавин при этом не будет поступать извне (а бактериям во время инфекции взять его особо и негде), бактериальные клетки не смогут расти и делиться, будут чувствовать себя плохо, и организму легко удастся побороть инфекцию.

Прежде чем приступить к поиску подходящей молекулы, авторы, разумеется, проверили эту гипотезу. Они удалили у бактерий E. coli гены, кодирующие белки, ответственные за синтез FMN, и убедились, что такие бактерии не могут вызвать у мышей инфекцию.

Все антибиотики можно классифицировать по их мишеням – элементам бактериальной клетки, на которые антибиотик действует. Например, некоторые антибиотики не дают бактерии синтезировать клеточную стенку, и при попытке деления в ней образуются бреши и клетка гибнет. Некоторые другие взаимодействуют с бактериальными ферментами и мешают им работать. Главное в выборе мишени для антибиотика – ее специфичность. Очень важно, чтобы бактериальный элемент, на который действует антибиотик, не имел аналогов в эукариотических клетках. Потому что иначе у него будет множество побочных эффектов. В этом смысле бороться с бактериями проще, чем с вирусами или грибами. У вирусов вообще мало что есть своего, они используют структуры клеток хозяина, поэтому выбор мишеней ограничен несколькими десятками собственных вирусных белков. Грибы, в отличие от бактерий, эукариоты, и сходство их белков с белками человека выше. С этой точки зрения белки, ответственные за биосинтез рибофлавина и его производных – прекрасная мишень, у человека их просто нет, и побочные эффекты маловероятны. С другой стороны, рибопереключателей у человека (да и животных) вроде бы вообще нет, и это делает FMN переключатель особенно удачной мишенью.

Поиски авторов работы начались с розеофлавина – встречающегося в природе аналога рибофлавина. Розеофлавин действительно имеет антибактериальные свойства, но обладает массой недостатков. Он настолько похож на рибофлавин, что из него образуются аналоги производных рибофлавина FMN и FAD. В метаболических путях человека задействованы те же FMN и FAD, что и у бактерий, и не вполне функциональные производные розеофлавина будут вредить энергетическому обмену пациента. Поэтому перед авторами стояла задача найти похожую молекулу, которая обладала бы антибактериальными свойствами розеофлавина, но была бы лишена его недостатков.

Такая молекула нашлась в ходе скрининга 57 тысяч молекул. Проверялось, какие из них будут препятствовать росту бактерий в среде, не содержащей витамина B2. При скрининге было обнаружено единственное вещество, резко тормозящее рост бактерий. Оно было названо рибоцилом.

Затем авторы решили выяснить, каков механизм действия рибоцила. Для этого обычно исследуют штаммы бактерий, устойчивых к антибиотику. Получить такие штаммы удается, выращивая бактерии на дозах антибиотика ниже летальных. Если бы доза антибиотика была высокой, бактерии бы погибли почти сразу, а так они успевают приобрести мутации, некоторые из которых могут сделать бактерию устойчивой. Благодаря присутствию антибиотика, если такая полезная мутация появляется, ей удается сразу же закрепиться, ведь обладающие ею бактерии растут и размножаются гораздо быстрее. Именно поэтому так важно принимать полный курс антибиотиков: уменьшение дозы чревато возникновением резистентной популяции.

Проанализировав несколько резистентных штаммов, авторы обнаружили, что у всех у них мутации находятся в области, кодирующей участок, обеспечивающий переключение FMN переключателя. В подтверждение этих косвенных улик комплексы РНК+рибоцил были кристаллизован и его трехмерная структура подтверждена рентгеноструктурным анализом.

Рибопереключатели кажутся довольно заманчивой мишенью для антибиотиков, поскольку, по-видимому, отсутствую в клетках человека. Поскольку у бактерий они, наоборот, многочисленны, новых антибиотиков тоже может быть сконструировано много. Например, предпринимались попытки создать похожий антибиотик, нацеленный на систему биосинтеза тиаминпирофосфата, производной тиамина, витамина B1.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.