Пионерское исследование белка специалистов MIT открывает путь к принципиально новым антибиотикам

Исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) создали водорастворимую версию бактериального фермента, которая будет эффективна при проверке лекарств и разработке принципиально новых антибиотиков.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications и финансируемое Национальным фондом естественных наук Китая (National Natural Science Foundation of China), фокусируется на бактериальном ферменте гистидинкиназе (histidine kinase), многообещающей мишени для новых классов антибиотиков. 

Гистидинкиназа — важнейший бактериальный белок, регулирующий процессы, в том числе устойчивость к антибиотикам

Большинство антибиотиков действуют, повреждая стенки бактериальных клеток или нарушая синтез рибосом — клеточных органелл, производящих белки. Однако ни один из них не нацелен на гистидинкиназу, важнейший бактериальный белок, который регулирует такие процессы, как устойчивость к антибиотикам и связь между клетками.

Поскольку фермент представляет собой гидрофобный белок, играющий ключевую роль в поддержании стабильности и биологической активности белка, последний теряет свою структуру после удаления из нормального местоположения в клеточной мембране, что существенно затрудняет разработку нацеленных на него лекарств. 

Выполняя четыре различные функции, включая фосфорилирование, добавляющее фосфатную группу для активации других белков, и дефосфорилирование, удаляющее фосфаты, гистидинкиназа, как правило, не влияет на клетки человека, поскольку они действуют на аминокислоты, в отличие от гистидина.

«Этот белок является хорошей мишенью, поскольку он уникален для бактерий, а у людей отсутствует», — объяснил Шугуан Чжан (Shuguang Zhang), главный научный сотрудник MIT Media Lab.

В 2018 году Чжан и его коллеги разработали простой способ превратить эти белки в водорастворимые версии, сохраняющие свою структуру в воде. Их метод известен как код QTY: буквы обозначают гидрофильные аминокислоты, которые включаются в белки. Лейцин (L) становится глютамином (Q), изолейцин (I) и валин (V) становятся треонином (T), а фенилаланин (F) становится тирозином (Y).

В новом исследовании команда намеревалась впервые продемонстрировать, что код QTY можно использовать для создания водорастворимых ферментов, сохраняющих свою ферментативную функцию.

Используя код QTY,  ученые MIT работали над заменой четырех конкретных гидрофобных аминокислот тремя гидрофильными и обнаружили, что водорастворимая версия фермента сохраняет свои природные свойства и функции. Это стало важным открытием с большими последствиями.

Используя программу искусственного интеллекта AlphaFold, исследователи создали структуру, используя новый белок и моделирование молекулярной динамики. Они обнаружили, что белок, помогая сохранять свою структуру, образует стабилизирующие водородные связи с водой.

Потенциал создания принципиально новых лекарств, нарушающих эти функции, будет представлять собой совершенно новый класс антибиотиков, которые очень срочно и уже сегодня необходимы для борьбы с растущей угрозой устойчивости к антибиотикам. Такая резистентность – причина более 1 миллиона смертей во всем мире каждый год.

Теперь исследователи планируют проверить этот подход на метанмонооксигеназе, ферменте, обнаруженном в бактериях, который превращает метан в метанол, помогая удалить метан из атмосферы.

О Massachusetts Institute of Technology

Массачусетский технологический институт (MIT) — частный исследовательский университет, расположенный в Кембридже, штат Массачусетс. Основанный в 1861 году, MIT сыграл значительную роль в развитии многих областей современных технологий и науки.

Основанный в ответ на растущую индустриализацию США, MIT принял модель европейского политехнического университета и сделал упор на лабораторное обучение в области прикладных наук и техники. Институт имеет кампус городского типа, который простирается более чем на милю (1,6 км) вдоль реки Чарльз и включает в себя ряд крупных объектов за пределами кампуса, таких как Лаборатория Линкольна, Центр Бейтса и Обсерватория Хейстек, а также дочерние лаборатории, такие как Институты Броуда и Уайтхеда.

По состоянию на октябрь 2023 года среди выпускников, преподавателей и научных сотрудников MIT насчитывается 101 нобелевский лауреат, 26 лауреатов премии Тьюринга и 8 медалистов Филдса. А также 58 обладателей Национальной медали науки, 29 лауреатов Национальных медалей в области технологий и инноваций, 50 стипендиатов Макартура, 83 стипендиата Маршалла, 41 астронавт, 16 главных ученых ВВС США. Институт также имеет сильную предпринимательскую культуру, и многие выпускники MIT являются основателями либо соучредителями известных компаний. Массачусетский технологический институт является членом Ассоциации американских университетов.

Источник: https://pmlive.com/

Источник: https://news.mit.edu/

14.06.2024