Албицидин насочен кон бактериите Klebsiella pneumoniae
Отпорните бактерии Klebsiella pneumoniae можат да го фатат и инактивираат антибиотикот албицидин со помош на протеинот AlbA.
Конвенционалните антибиотици се повеќе ја губат својата ефикасност против сè почестите мултирезистентни микроби. Многу бактерии имаат природно стекнати механизми кои ги штитат од штетни материи. Ова е случај и со активната состојка албицидин: опасните грам-негативни бактерии имаат протеин кој го врзува албицидинот и со тоа го деактивира.
Научниците од Хелмхолц центарот за истражување на инфекции (HZI) и придружниот институт Хелмхолц за фармацевтски истражувања Сар (ХИПС) сега го испитаа овој механизам на отпорност со атомска резолуција. Откриле дека протеинот не само што ја врзува активната супстанција, туку и хемиски ја менува. Во исто време, тоа го зголемува сопственото производство, така што албицидинот се прави безопасен дури и поефикасно. Научниците ги објавија своите резултати во Journalурналот на американското хемиско друштво.
Протеинската молекула AlbA се врзува за антибиотикот албицидин и ги штити бактериите од нејзините ефекти
Патогените бактерии развија разни механизми за да се заштитат од антибиотици. Некои едноставно излачуваат супстанции што се токсични за нив, други го менуваат клеточниот wallид така што антибиотиците не можат дури да навлезат во нив. Некои микроби ја менуваат целната структура нападната од антибиотици - или едноставно антибиотикот директно. Бактериите од родот Клебсиела, на пример, користат друг трик: Тие имаат протеинска молекула наречена AlbA која се врзува за антибиотикот албицидин и на тој начин ги штити патогените од неговите ефекти. Научниците од Хелмхолц центарот за истражување на инфекции (ХЗИ), Хелмхолц институтот за фармацевтски истражувања Сар (ХИПС) - објект на ХЗИ во соработка со Универзитетот во Сар (UdS) - и Германскиот центар за истражување на инфекции (ДЗИФ) го имаат основниот одбранбен механизам ) испитани.
Klebsiella pneumoniae е еден од најчестите патогени микроорганизми кои предизвикуваат бактериска сепса и болничка пневмонија. Покрај тоа, може да предизвика и инфекции на уринарниот тракт, на пример. Клепсиите се грам-негативни бактерии кои тешко се лекуваат и често развиваат отпорност на неколку антибиотици. Научниците од HZI веќе открија нова, високо ефективна класа активни состојки против грам-негативни микроби: цистобактамиди. „Оваа класа на супстанции е слична на албицидин, на кој многу соеви Клебсиела веќе покажуваат отпорност“, вели помладиот професор Јеско Кенке, кој е на чело на помладата истражувачка група за структурна биологија на биосинтетички ензими на ХИПС. „Сакавме да знаеме дали протеинот AlbA е исто така ефикасен против цистобактамидите, па затоа го анализиравме механизмот на отпорност на албицидин на молекуларно ниво.
AlbA дури хемиски го менува врзаниот албицидин
За таа цел, интердисциплинарен тим на научници се собра околу Јеско Конке, во кој одделот на проф. Марк Бранструп спроведе синтеза, работната група на проф. Олга Калинина спроведе биоинформатика, а одделот на проф. Ролф Милер спроведе тестови на активности и профили на изразување на гени. Прво, три-димензионалната структура на протеинот AlbA со врзаниот албицидин беше дешифрирана со помош на анализа на структурата на Х-зраци. Научниците забележале дека, во текот на еволуцијата, мал врзувачки џеб за антибиотикот стана долг тунел во кој може точно да се вгради албицидин.
Структурната анализа исто така обезбеди уште еден неверојатен резултат: врзаниот албицидин беше хемиски променет. „Првично, претпоставувавме дека AlbA едноставно го апсорбира албицидинот - како сунѓер апсорбира вода - и со тоа го отстранува привремено. Но, сега откривме дека дури го менува и албицидинот “, вели Кенке. Понатамошните експерименти покажаа дека модифицираниот албицидин има послаба активност, т.е. е помалку штетен за бактериите.
AlbA го врзува цистобактамидот многу послабо
Научниците открија дека покрај местото на врзување за антибиотикот, AlbA има и еден за ДНК. Со овој дел, тој може да се поврзе со генетскиот материјал на бактериската клетка - токму таму каде што се контролира производството на AlbA. Во лабораториски експерименти со Клебсиела пневмонија, тимот на Јеско Конке успеа да докаже дека кога бил администриран албицидин, генот со нацрт за AlbA се читал 3000 пати почесто после четири часа отколку без антибиотици. „Механизмот на Клебсиела против албицидин е исклучително ефикасен: Ако стапите во контакт со него, ги зафаќате молекулите на првата активна состојка со нивниот протеин AlbA. Во исто време, тие произведуваат сè повеќе AlbA. Исто така, покажавме дека овие механизми сè уште не се доволни за отпор, што сега сакаме подетално да го истражиме “, вели Конке.
Компаративните експерименти покажаа дека поврзаната активна состојка, цистобактамид, е многу помалку силно поврзана со AlbA. Покрај тоа, цистобактамидот не го промовира производството на AlbA, така што Клебсиела сè уште не е во можност да постигне отпорност на цистобактамид со овој механизам. „Како и да е, бактериите се отпорни на цистобактамид. Затоа, ние би сакале да ги разјасниме механизмите што е можно попрецизно за да можеме потоа да развиеме активни состојки кои го заобиколуваат отпорот “, вели Конке.
Асфандијар Сикандар, Катарина Цирнски, iaамбатиста Тестолин, Карстен Волц, Марк Бренструп, Олга В. Калинина, Ролф Милер и Јеско Коенке. Адаптација на бактериски систем на отпорност на повеќе лекови откриен од структурата и функцијата на AlbA. Ј. Ам. Хем. 2018, ДОИ: 10.1021/jacs.8b08895