Исследователи Казанского университета нашли новые потенциальные мишени в структуре белка, защищающего золотистый стафилококк от антибиотиков. Коллектив ученых научно-исследовательской лаборатории «Структурная биология» расшифровал атомную структуру белка стафилококка и на основе одиночных мутаций в его структуре выявил потенциальные участки для разработки новых антибиотиков. Результаты исследований были опубликованы в журнале Journal of Structural Biology.
«Одной из важнейших задач для выживания клеток в неблагоприятных условиях (голодание, недостаток кислорода, низкий уровень pH, тепловой шок, действие антибиотиков и др.) является сохранение рибосом — макромолекулярного комплекса, состоящего из РНК и белков, отвечающего за синтез белка в клетках всех живых организмов. Для этого в стрессовых условиях клетка синтезирует специальные белки, которые могут останавливать работу рибосом и сохранять их до момента окончания стресса. Одним из таких белков является фактор гибернации рибосом (Hibernation promoting factor — HPF), который переводит рибосомы в «спящий режим», — объяснил руководитель НИЛ «Структурная биология» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ, доцент кафедры медицинской физики Института физики КФУ Константин Усачёв.
По словам ученого, одним из наиболее опасных патогенов для человека является бактерия золотистый стафилококк, вызывающая множество внебольничных и внутрибольничных инфекций. Опасность заключается не только в тяжести вызываемых им заболеваний, но и в сложности его лечения за счет высокой устойчивости (резистентности) к антибиотикам. Среди комплекса причин распространения резистентных штаммов стафилококка выделяются его высокая устойчивость к стрессовым условиям, а также отсутствие специфичных антистафилококковых антибиотиков. Именно поэтому одной из важнейших задач для разработки новых антистафилококковых препаратов является поиск новых мишеней для антибиотиков.
«В нашей работе методом рентгеноструктурного анализа с высоким разрешением (1,6 Å) была решена структура домена белка HPF золотистого стафилококка, отвечающего за димеризацию (образование пары) рибосом и обеспечивающего их удержание в «спящем состоянии». На основе полученной информации о структуре были выявлены ключевые аминокислотные остатки, обеспечивающие функционирование белка, и методом генной инженерии были получены мутантные формы белка, в которых производились точечные замены аминокислотных остатков. Далее полученные мутанты анализировались на способность к переводу рибосом в «спящее состояние», на основе чего были найдены пять аминокислотных остатков, необходимых для функционирования белка. Полученные результаты открывают возможность для поиска новых соединений, связывающихся с данным участком белка, которые позволят понизить выживаемость клеток золотистого стафилококка в стрессовых условиях»,– рассказал Константин Сергеевич.
Усачёв также сообщил, что проведенное исследование — первая работа по установлению структуры белка методом рентгеноструктурного анализа, выполненная на монокристальном дифрактометре X-talLab Synergy S фирмы Rigaku, запущенном в мае этого года в НИЛ «Структурная биология». Отметим, что белок HPF золотистого стафилококка состоит из двух половин (доменов). Структуру первого домена ученые КФУ расшифровали ранее методом ЯМР-спектроскопии, а структуру второго домена расшифровали методом кристаллографии недавно.
«Наш новый дифрактометр оснащен высокочувствительным детектором, что позволяет исследовать структуру больших биомолекул, закристаллизованных в виде монокристалла, таких как белки и нуклеиновые кислоты. В России приборы для кристаллографии белков есть в МФТИ и в Институте белка РАН, но наш прибор нового поколения», — заметил руководитель лаборатории.
Константин Усачёв также сказал, что в данный момент совместно с сотрудниками НИЛ «Хемоинформатика и молекулярное моделирование» Химического института КФУ ведется поиск потенциальных ингибиторов биоинформатическими методами.
«Поиск производится по базам данных известных химических соединений, которые потенциально могут связываться с найденными участками белка. Потом вещества-лидеры будут тестироваться в нашей лаборатории экспериментально на способность перевода рибосом стафилококка в «спящий режим», — пояснил ученый КФУ.
Медиапортал КФУ
Лариса Бусиль