Российские ученые выяснили, как работает антимикробный пептид из морского червя
Одной из самых острых проблем медицины остается антибиотикорезистентность, то есть возрастающая устойчивость бактерий к препаратам, которыми лечат инфекции. Поэтому ученые постоянно ищут новые противомикробные средства, в том числе содержащиеся в живых существах из дикой природы. Сотрудники ИБХ РАН и МФТИ впервые изучили механизмы действия капителлацина — антимикробного пептида морского многощетинкового червя Capitella teleta. Оказалось, что в липидной мембране вещество ведет себя не как другие антимикробные пептиды и подавляет бактерии за счет образования «ковра» на их поверхности.
Работа опубликована в журнале Biomolecules. Массовое использование антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве привело к тому, что эволюционирующие и способные «обмениваться» друг с другом генами бактерии к ним быстро адаптируются. Препараты, которые еще недавно действовали на многие штаммы микробов, теряют эффективность, и им на смену приходится создавать новые. Чтобы быть активными, такие препараты должны иметь принципиально новый механизм действия. А чтобы использовать их в клинике, этот механизм сперва необходимо тщательно изучить.
Новые антимикробные препараты — в том числе пептиды, то есть полимеры аминокислот, по сути, «маленькие белки» — можно найти, изучая биоразнообразие нашей планеты. Многие живые существа в ходе эволюции приобрели собственные уникальные методы защиты от инфекции, и их вполне можно позаимствовать для использования в медицине. В своем новом исследовании сотрудники Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и МФТИ обратили внимание на капителлацин — антимикробный пептид, выделенный из морского многощетинкового червя (полихеты) Capitella teleta. Это вещество уже показало активность в отношении бактерий, в том числе имеющих антибиотикоустойчивость.
Изученная молекула относится к группе бета-шпилечных пептидов, поскольку содержит в себе структуру, называемую «бета-шпилька», и несет положительный заряд. Известно, что такие соединения действуют на мембрану бактерий, что и приводит к подавлению их роста. Пептиды могут собираться на мембране в поры, которые пронизывают ее и тем самым разрушают клетки. В то же время другие похожие по структуре молекулы вполне могут работать иначе.
Чтобы понять, как именно действует на бактериальные мембраны капителлацин, авторы исследования использовали модель, которая воспроизводит многие их свойства, — мицеллы, то есть микроскопические пузырьки из детергента. Молекулы детергента имеют свойства, близкие к свойствам липидов, которые являются основой всех клеточных мембран. Для отслеживания состояния антимикробного пептида использовали спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения. Применение этого метода помогло ученым описать переходы молекулы из одного состояния в другое и их термодинамические характеристики. Чтобы сделать молекулы капителлацина «видимыми» в таких экспериментах, авторы ввели в них редкий изотоп азота-15.
Оказалось, что изменение концентрации пептида в мицеллах и изменение температуры управляют переходами капителлацина между мономерной и димерной формой. Иначе говоря, соединением его молекул в пары и их распадом. Низкие температуры стимулируют образование димеров, тогда как нагрев ускоряет их разрушение. Обе формы встраиваются в мицеллы, а значит, и в мембраны бактерий. При этом комплексы молекул капителлацина не пронизывают липидный двойной слой (мицеллу) насквозь и не образуют поры, а держатся на ее поверхности — в соответствии с так называемой «моделью ковра».
Это объясняет, почему свойства капителлацина сильно отличаются от тех, что имеют похожие на него антимикробные пептиды. Авторы подчеркивают особую роль димеризации молекулы в ее активности, а также корреляцию стабильности димеров с важными для использования в клинике свойствами.
«Полученные результаты позволяют более точно описать механизмы фолдинга (то есть приобретения трехмерной формы) бета-структурных мембранных белков, имеющих структуру бета-бочонка, и образования олигомерных трансмембранных пор пептидами с похожей структурой. Мы надеемся, что изучение взаимосвязи между пространственной структурой и биологической активностью антимикробных пептидов поможет разработать новые антибиотики, так необходимые для современной медицины», — рассказал руководитель исследования, профессор РАН Захар Шенкарёв, заведующий лабораторией структурной биологии ионных каналов ИБХ РАН и заместитель заведующего кафедрой физико-химической биологии и биотехнологии МФТИ. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно