В Иллинойсе раскрыт секрет производства мощных антибиотиков природными микробами

На протяжении всей своей истории человечество тесно «общается» с микроскопическими существами. Кого-то из микробов оно пытается приручить, другого — удалить из списка биологических видов, у третьих выпытывает секреты, тесно связаны с вопросами жизни и смерти миллионов землян. Исследователи из Иллинойского университета в Чампейне опубликовали в издании «Nature» статью о долгожданном открытии — разгадке механизма, с помощью которого наши соседи из микромира вырабатывают сильнодействующие защитные отравы в переполненных конкурентами условиях своего природного обитания.

Естествоиспытатели из Чампейна полагают, что теперь, когда приличной многолетней выдержки тайна расшифрована, у фармакологов появятся принципиально новые методы подбора и тестирования множества молекул со схожим строением, некоторые из которых впоследствии становятся лекарствами от микробных инфекций, подчас очень опасных.

Группа университетских экспертов сфокусировала внимание на классе органических веществ, среди представителей коего имеются десятки субстанций с антибиотическими свойствами. Самая известная из них — это низин, он же консервант Е234, который вырабатывается обитающими в молоке и сбраживающего сахара молочнокислыми бактериями. Этот натуральный антибиотик, состоящий из 34-х аминокислотных остатков, еще в 1950-х годах научились «собирать» в промышленных условиях, используя чистые культуры L. lactis, молоко и глюкозу. Ген, кодирующий производство пептида оного в живой клетке, давно знаком специалистам. Поскольку низин эффективно подавляет развитие патогенных бактерий, этот полипептид в мизерных, но достаточных дозах добавляют в твердые сыры, мясные изделия, напитки, дабы продлить их срок реализации, не заигрывая с «химией». Кроме того, с конца 1960-х низин применяют как лекарственный препарат в комбинациях с другими антибактериальными агентами.

Полувековая загвоздка была в том, что после синтеза предшественника низина в клетке лактококка, с полученным веществом происходит ряд превращений. И лишь в их финале полициклический пептид обретает антибактериальные свойства.

Профессор химии Уилфред ван дер Донк из Чампейна сравнил пептиды, собранные нуклеиновыми кислотами живых клеток из отдельных аминокислот, со спагетти, — эти «новорожденные» молекулы слишком легко меняют форму, и потому не могут выполнять свою функцию. В ходе дальнейших превращений «спагетти» крепчают — полипептид низин приобретает характерную цикличность структуры и в нем образуются уникальные аминокислоты с множеством серных мостиков.

Формированием антибиотика из примитивного прекурсора занимаются специальные ферменты. В случае низина таким энзимом служит дегидратаза, отбирающая у исходного пептида воду, тем самым придавая молекуле трехмерную структуру. Важную роль играет также глутаминовая кислота, которую доставляют к месту синтеза транспортные РНК. Для визуализации ферментативных процессов ученые использовали метод рентгеноструктурного анализа.

После «усушки» активные участки низина приобретают кольцевидную форму. Эти пять колец, как сообщают химики, и страшны для бактерий. Два мешают микробу строить клеточную стенку, еще три — дырявят бактериальные мембраны. Этот двойной эффект вызывает у специалистов уважение к свойствам низина, т.к. он мешает микроорганизмам формировать устойчивость к воздействию антибиотиков.

Особо отмечается ключевая роль дегидратазы в придании натуральным антибактериальным средствам их востребованных медициной свойств.