Антивитамины как новые антибиотики?
Антибиотики являются одним из важнейших открытий современной медицины и спасли миллионы жизней с момента открытия пенициллина почти 100 лет назад.
Многие болезни, вызванные бактериальными инфекциями, такие как пневмония, менингит или сепсис, успешно лечатся антибиотиками. Однако у бактерий может развиться устойчивость к антибиотикам, что приводит к тому, что врачи с трудом находят эффективное лечение. Особенно проблематичными являются болезнетворные микроорганизмы, которые развивают мультирезистентность и не подвержены влиянию большинства антибиотиков. Это приводит к тяжелому прогрессированию болезни у пораженных пациентов, часто со смертельным исходом. Поэтому ученые всего мира занимаются поиском новых антибиотиков.
Ученые из Университета Геттингена и Института биофизической химии им. Макса Планка в Геттингене теперь описывают многообещающий новый подход с использованием "антивитаминов" для разработки новых классов антибиотиков. Результаты были опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
Антивитамины - это вещества, которые подавляют биологическую функцию настоящего витамина. Некоторые антивитамины имеют схожую химическую структуру с теми витаминами, действие которых они блокируют или ограничивают.
Для этого исследования команда профессора Кая Титтмана из Геттингенского центра молекулярной бионауки при Геттингенском университете работала вместе с группой профессора Берта де Гроота из Института биофизической химии имени Макса Планка в Геттингене и профессором Тэдгом Бегли из Техасского университета A&M (США). Вместе они исследовали механизм действия на атомном уровне природного антивитамина витамина B1. Некоторые бактерии способны вырабатывать токсичную форму этого жизненно важного витамина для уничтожения конкурирующих бактерий.
Этот конкретный антивитамин имеет только один атом в дополнение к атомам естественного витамина в, казалось бы, неважном месте, но захватывающий вопрос исследования был, почему это предотвращает действие витамина или делает его "отравленным".
Ученые использовали кристаллографию белков высокого разрешения для исследования того, как антивитамин ингибирует важный белок в центральном метаболизме бактерий.
Исследователи обнаружили, что "танец протонов", который обычно можно наблюдать в функционирующих белках, почти полностью перестает функционировать и белок больше не работает. "Только один дополнительный атом в антивитамине действует как песчинка в сложной зубчатой системе, блокируя ее точно отрегулированную механику", - объясняет Титтман.
Интересно отметить, что человеческие белки способны относительно хорошо справляться с антивитаминами и продолжать работать. Использовалось компьютерное моделирование, чтобы выяснить, почему это так. "Человеческие белки либо вообще не связываются с антивитамином, либо нейтрализуют их", - говорят исследователи.
Разница между действием антивитамина на бактерии и на человеческие белки открывает возможность его использования в качестве антибиотика в будущем и, таким образом, создания новых терапевтических альтернатив".
