Биофизики выяснили, каким должен быть новый антибиотик — Naked Science
9 минут
ФизТех

Биофизики выяснили, каким должен быть новый антибиотик

5.2

Ученые из Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, МФТИ и ВШЭ исследовали взаимодействие известного природного антибиотика с его мишенью с помощью молекулярного моделирования. Эти данные помогут разработать эффективные антибиотики нового типа.

Биофизики выяснили, каким должен быть новый антибиотик / ©cdn-images-1.listennotes.com

Результаты опубликованы в журнале Scientific reports. Злоупотребление антибиотиками приводит к быстрому развитию резистентности (устойчивости) бактерий, что создает угрозу здоровью людей во всем мире. Поэтому поиск и разработка новых классов антибактериальных средств с неиспользуемым сегодня способом действия крайне актуальны. В микробиологии известны небольшие антимикробные белки, называемые лантибиотиками, которые обладают бактерицидным потенциалом.

Низин, наиболее изученный лантибиотик, был обнаружен еще до открытия Александром Флемингом пенициллина. Низин никогда не использовали в клинической практике из-за нестабильности в организме человека. Однако он широко применяется в качестве пищевого консерванта с 1953 года без каких-либо признаков развития резистентности. Низин эффективно борется, в первую очередь, против бактерий с однослойной мембраной.

Структуры низина и липида II и их комплекс. (А) Схематическая структура низина. Неканонические аминокислоты окрашены: ненасыщенные аминокислоты дегидроаланин и дегидробутирин – в синий; лантионин и метил-лантионин – в оранжевый. (B) Схематическая структура липида II. Сахарные фрагменты N-ацетилглюкозамин (G) и N-ацетилмураминовая кислота (M) показаны в виде сиреневого и синего прямоугольников соответственно; D-аминокислоты в пентапептиде выделены серым цветом; пирофосфат (PPi) – оранжевым . (C) NМР-структура комплекса низина / липида II в растворителе DMSO-29 / ©www.nature.com

Есть сведения об активности в сочетании с ионами металлов против нескольких штаммов с двухслойной стенкой. Лантибиотик убивает бактерии путем разрушения мембраны и остановки синтеза клеточной стенки. Он активно взаимодействует со специфической мишенью в мембране клетки — липидом II. Несмотря на известность и активное использование в пищевой промышленности, механизм антимикробного действия низина на атомном уровне остается неизученным.

В своей работе авторы сначала искали комплексообразующие состояния обеих изолированных молекул в их природной среде. Полноразмерный низин и его N-концевой модуль распознавания поместили в водный раствор, а липид II встроили в модельную бактериальную мембрану. Дополнительное моделирование было выполнено для молекул в контрольных средах, в которых ранее проводились эксперименты. Далее ученые провели молекулярное моделирование активной части низина в присутствии аналога «головки» липида II в водном растворе.

Блок-схема исследования. Общая схема окраски: остатки 1–11 низина (модуль распознавания – фиолетовый ), остатки 12–34 низина (мембраноактивный модуль – темно-зеленый ), липид II (показан сиреневым цветом), PPi (оранжевый). Для каждой системы среда моделирования помечена: родительская (черным цветом) и эталонная (серым) / ©www.nature.com

«Полученные данные помогли изучить спонтанное образование комплексов и механизм распознавания молекулами друг друга», — поясняет один из авторов, Антон Чугунов, доцент Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ и старший научный сотрудник ИБХ РАН.

После этого авторы разработали вычислительную методику «энергии пирофосфатного фармакофора», которая помогает легко идентифицировать в траекториях молекулярной динамики конформации низина, которые могут образовывать комплекс с липидом II. Наконец, основываясь на наиболее частых конформациях обеих молекул, ученые сконструировали предполагаемый комплекс модуля распознавания низина с липидом II в модельной бактериальной мембране, который оставался стабильным в течение длительного периода моделирования. Оказалось, что низин образует стабильный комплекс с двумя конформациями (состояниями) липида II.

«Наши результаты показывают, какие конформации липида II способны взаимодействовать с антибиотиками. Предыдущие исследования не учитывали липидное окружение, которое значительно влияет на поведение мишени. Наши расчеты показали, что всего 20–30% поверхности головной группы доступно для взаимодействия в природной среде. Это сильно ограничивает свободу выбора положений для связывания с низином. Судя по всему, до всего двух конформаций.

Таким образом, становится понятно, как нужно расположить молекулу антибиотика, чтобы она подействовала так же, как низин, или даже более эффективно. Разработанная нами модель связывания упростит поиск молекул-кандидатов, которые потом можно будет экспериментально исследовать на эффективность против бактерий», — дополняет Роман Ефремов, профессор Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ, заведующий лабораторией моделирования биомолекулярных систем ИБХ РАН.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
196 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 09:45
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

4 часа назад
8 минут
Мария Азарова

Как показали авторы нового исследования, белок GATA6 участвует в регуляции волосяных фолликулов и может стать мишенью при лечении акне.

Вчера, 14:56
5 минут
Ольга Иванова

Международная группа ученых реконструировала события крупнейшего вымирания в истории Земли — пермско-триасового — и назвала ключевой, по ее мнению, фактор, который привел к катастрофе.

Позавчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

Вчера, 09:45
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: