Дослідники виявили критичну вразливість у бактеріях, яку вже давно використовують віруси. Йдеться про білок MurJ — ключовий елемент побудови клітинної стінки бактерій. Відкриття може стати основою для створення принципово нових антибіотиків у боротьбі з так званими супербактеріями.
Результати дослідження опубліковані 26 лютого в журналі Nature. Роботу очолила аспірантка California Institute of Technology Янчен Евелін Лі у лабораторії професора біохімії Біла Клемонса.
Чому світові терміново потрібні нові антибіотики
Антибіотикорезистентність стрімко перетворюється на одну з найбільших загроз глобальному здоров’ю. Бактерії швидко еволюціонують, і дедалі частіше з’являються штами, стійкі до всіх наявних препаратів.
За словами Клемонса, лише у США десятки тисяч людей щороку помирають від інфекцій, які більше не піддаються лікуванню стандартними антибіотиками. І ця цифра зростає. Саме тому вчені шукають не модифікації старих препаратів, а нові принципові мішені, яких бактерії ще не навчилися обходити.
Клітинна стінка як ахіллесова п’ята бактерій
Одним із найбільш перспективних напрямів досліджень залишається клітинна стінка бактерій. Вона побудована з пептидоглікану — жорсткого каркаса, якого немає в клітинах людини. Саме ця унікальність зробила клітинну стінку мішенню для класичних антибіотиків, таких як пеніцилін і амоксицилін.
Однак більшість наявних препаратів впливають лише на пізні стадії її формування. Нове дослідження звертає увагу на значно раніший і критичніший етап.
MurJ — білок, без якого бактерія не виживе
Ключову роль у транспортуванні «будівельних блоків» клітинної стінки відіграють три білки: MraY, MurG і MurJ. Саме MurJ працює як своєрідна «фліпаза» — він переносить попередники пептидоглікану через внутрішню мембрану бактерії.
Якщо MurJ заблокувати, клітинна стінка не формується, і бактерія гине. Попри це, жоден схвалений антибіотик наразі не діє безпосередньо на MurJ.
Як віруси вже навчилися вбивати бактерії
Несподіване рішення підказала сама природа. Бактеріофаги — віруси, що заражають бактерії, — давно використовують власні «антибіотики» для виходу з клітини-господаря.
Ці віруси виробляють так звані білки лізису окремих генів (Sgl), які руйнують клітинну стінку бактерії. Дослідники з’ясували, що різні фаги, не пов’язані між собою еволюційно, незалежно навчилися блокувати MurJ однаковим способом.
Конвергентна еволюція як підказка для медицини
За допомогою кріоелектронної мікроскопії вчені показали, що вірусні білки Sgl буквально «фіксують» MurJ у неробочому положенні, не даючи йому змінювати форму та транспортувати пептидоглікан.
Той факт, що кілька різних вірусів прийшли до одного й того ж механізму, є прикладом конвергентної еволюції. Для науковців це важливий сигнал: якщо еволюція неодноразово «обирає» MurJ як точку атаки, значить, це надзвичайно вразливе місце.
Новий напрям у розробці ліків
Дослідники вважають, що фагові білки можуть стати прототипами або натхненням для створення нових малих молекул — ліків, які блокуватимуть MurJ у бактерій, стійких до сучасних антибіотиків.
Фаги легко виявляти та аналізувати, а їхні геноми можуть приховувати ще багато подібних «біологічних підказок». У перспективі це відкриває новий клас антибактеріальних препаратів — не шляхом вдосконалення старих схем, а через використання рішень, які природа вже протестувала мільйони років.
