Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова (ПИЯФ) нашли способ противодействовать приспособляемости бактерий. Они выделили маленький фрагмент белка — пептид и сделали его помощником антибиотика. Для облегчения проникновения помощника в клетку сконструирован аминокислотный транспортер. Пептид можно будет использовать как дополнительный усилитель действия лекарства.
Борьба человечества с бактериями, устойчивыми к антибиотикам, вступила в активную фазу. Но пока на каждый созданный медиками биопрепарат бактерии отвечают быстрыми генетическими модификациями. Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ и Политехнического университета Петра Великого решили исследовать сам механизм приспособляемости, чтобы вмешаться в его действие.
Было решено изучить особенности взаимодействия белков RecА и RecX. Известно, что белок RecА выполняет функции «ремонтника» поврежденных участков ДНК бактерий в процессе их восстановления. Благодаря этому часть бактерий, пострадавших от внешних воздействий (это не только антибиотики, но и ультрафиолетовое излучение, радиация, химические агенты), приспосабливается, мутирует, активирует SOS-ответ и в конце концов выживает. Но есть другой белок — RecX, противостоящий этому процессу. Он разбирает структуру, созданную белком RecА, принуждая бактерии выйти из состояния SOS-ответа, то есть перестать мутировать.
— На первых порах никаких мыслей об антибиотиках и прочих медицинских приложениях не возникало, — рассказал научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Дмитрий Байтин. — Это была фундаментальная наука в чистом виде. Хотелось понять, как функционирует белковая пара RecX – RecA. Это как у машины: есть акселератор и тормоза, а мы просто пытаемся выяснить, как устроен механизм торможения.
Ученым предстояло разобраться: весь ли белок RecХ участвует в выключении системы адаптации бактерий или можно взять его центральную часть, модифицировать для придания устойчивости и убедиться, что и она справляется с этой ролью. Тогда этот короткий пептид можно будет создавать искусственно. Работа выполнялась совместно с коллегами из научно-исследовательского комплекса «Нанобиотехнологии» СПбПУ, располагающего уникальным оборудованием для изучения поведения биомолекул в живых системах. Так, с помощью «лазерного пинцета» изменение длины ДНК, на которую нанизывается белок RecА, измеряется с точностью менее одного нанометра!
— Мы показали, что достаточно маленькой детали — пептидного фрагмента, взятого из центральной части белка RecХ, для разборки конструкции, накрученной RecА на ДНК, — пояснил сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Александр Якимов.
По заказу ученых короткий пептид был синтезирован сначала в США, потом, в гораздо более эффективной модификации, — в России.
— Уже протестирована более успешная версия пептида, чем та, на которую получен патент, — уточнил Дмитрий Байтин. — Решается и проблема доставки нашего пептида в бактериальную клетку — удалось сконструировать для него аминокислотный транспортер, образно говоря, «троянского коня», который облегчит проникновение такого двойного, трансмиттерного пептида через мембрану клетки.
Ученый считает наиболее перспективным применение пептидов совместно с антибиотиками класса хинолонов. В этом случае пептид будет действовать как дополнительный усилитель, мешающий бактерии адаптироваться на генетическом уровне.