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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
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