Ученые всего мира пытаются создать принципиально новые антибиотики, к которым бы у бактерий не существовало защиты. Этой же проблемой более десяти лет занимаются молодые ученые ЮУрГУ Геннадий и Татьяна Макаровы. Но они пошли другим путем: не синтезировать антибиотики, а их «обсчитывать».
Челябинские ученые приблизились к созданию суперантибиотика / ©Getty images
«Половина клинически используемых антибиотиков действуют на рибосому бактерии. Мы пытаемся выяснить именно механизм работы рибосомы и то как антибиотики в это вмешиваются» – рассказывает кандидат химических наук Татьяна Макарова.
Рибосома – это специальное клеточное устройство, в котором синтезируется белок, основа жизни всех организмов, от бактерий до человека. В одной бактериальной клетке содержится около 10 тысяч рибосом, это треть ее сухого веса. Рибосома – очень удобная мишень для антибиотиков, и до последнего времени считалось, что они работают как своеобразная «пробка», препятствующая синтезу белка и приводящая к остановке жизнедеятельности.
«Значительная часть антибиотиков – эритромицин, макролиды, фениколы, линкозамины и так далее – действительно связываются в рибосомном туннеле, есть данные, полученные рентгеноструктурной и криоэлектронной микроскопией, – поясняет Татьяна Макарова. – Рибосомный туннель – это туннель внутри рибосомы, по которому синтезированная новая цепь белка выходит наружу. Но связывание не означает полную остановку действия рибосомы. Часть белков продолжает синтезироваться. Это показала исследовательская группа академика Алексея Алексеевича Богданова в МГУ».
Совместно с коллегами из Московского государственного университета имени Ломоносова челябинские химики исследуют бактериальную рибосому. На проведение исследований получен грант Российского научного фонда. Принципиальное отличие работы челябинских химиков – это метод математической статистики. Ученые создают компьютерную модель рибосомы и просчитывают ее эволюцию в молекулярной динамике. В мире этим занимаются всего 30 человек, и двое из них – челябинцы.
На сегодня получен уникальный результат: ученые ЮУрГУ нашли в рибосоме бактерии некий «сенсор», который способен остановить синтез белка. Старший научный сотрудник лаборатории многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов химического факультета ЮУрГУ Геннадий Макаров объясняет, как это происходит: «Есть антибиотик, есть определенный пептид в туннеле, они вызывают некоторые изменения и рибосому «заклинивает».
Наивное представление может заключаться в том, что они все втроем «склеились». Дело может быть в том, что именно в таком сочетании антибиотик и растущий пептид давят на некую «кнопку» внутри рибосомы, так называемый аллостерический сенсор, который запускает каскад внутренних изменений в рибосоме и выводит из строя один из ее функциональных центров».
Челябинские ученые первыми в мире предложили и отработали алгоритм поиска аллостерических каскадов по данным молекулярной динамики. С помощью этого метода удалось выявить аллостерический сенсор в рибосомном туннеле, о котором практически не было известно. Это значит, что сейчас ученые могут пытаться подбирать новую молекулу антибиотика, которая давила бы именно на этот сенсор и запускала сигнал, который выводит рибосому из строя. Это будет вещество, к которому у бактерий нет готовых систем защиты, выработанных сотнями миллионов лет.
Светлана Бацан
