РНК полимераза и антибиотици - MedMix
Како мора да се дизајнираат антибиотици така што бактериите не станат отпорни на нив? Истражувачката група околу проф. Пол Рош од Универзитетот во Бајројт направи фундаментален чекор напред во одговорот на ова прашање.
За прв пат, гигантскиот протеин РНК полимераза и нејзините партнери за интеракција може детално да се испитаат со употреба на нуклеарна магнетна резонантна спектроскопија (NMR спектроскопија). Резултатите сега се објавени во „Научни извештаи“. Истражувачите се надеваат дека ќе добијат дополнително знаење од глобално уникатен спектрометар од 1 GHz со активно заштитено магнетно поле, кое наскоро ќе биде инсталирано на кампусот во Бајројт.
Одбраната од бактериите е генерално голем предизвик во медицината
Во моментов, еден од најголемите предизвици во медицината е одбраната од бактериите, против кои сите антибиотици што моментално се достапни се неефикасни. Повеќето од овие антибиотици се насочени против wallsидовите на бактериските клетки и нивните компоненти, или тие се мешаат во синтезата на бактериските протеини. Новите антибиотици, пак, се насочени против копирање на бактериски генетски информации. Проблемот е ист: некои бактерии развиваат механизми што ги штитат од овие - всушност смртоносни - супстанции. Станувате отпорни.
Една шанса медицината да се помири со оваа состојба лежи во развојот на нови видови активни супстанции кои ги прекинуваат фундаменталните процеси во бактериската клетка.
Пример за таков процес е превод на генетски информации зачувани во ДНК во РНК низа. Ова е форма на генетска информација што може да се користи за производство на протеини. Процесот на превод познат како транскрипција, кој е катализиран од РНК полимераза (RNAP), е многу сложен и е прецизно контролиран од други бактериски протеини кои се врзуваат за РНК полимеразата. Во моментов не се познати многу детали за оваа машина за превод на бактерии. Сепак, попрецизно знаење може еден ден да дозволи насочена конструкција на активни состојки кои ја парализираат токму оваа машина - и спречуваат бактериите да станат отпорни.
За прв пат со NMR спектроскопија студирал: интеракција на мали протеини со непроменета РНК полимераза
Токму во овој момент спектроскопските истражувања на НМР на истражувачката група предводена од проф. Пол Рош, кој доведе до новите резултати објавени во „Научни извештаи“ - списание на „Група за издаваштво на природата“. Просторните, тродимензионални структури на молекулите вклучени во транскрипцијата се веќе испитани со анализа на структурата на Х-зраци и електронска микроскопија. Во споредба со овие техники, NMR спектроскопијата се карактеризира со фактот дека интеракциите помеѓу молекулите и динамиката на молекуларните структури се релативно лесни за проучување. Особено ваквите процеси играат одлучувачка улога во транскрипцијата. Затоа, нивното разбирање е од суштинско значење за насочен развој на антибиотици.
Со NMR спектроскопија може да се детектираат само одредени, нерадиоактивни типови на атоми (изотопи), кои се воведуваат во протеините со молекуларни биолошки методи. Овие изотопи служат како сонди и даваат важен увид во молекуларните структури и промените на кои се подложени овие структури. Досега, спектроскопијата NMR може да се користи само за мали и средни протеини. Работната група на Бајројт сега најде начини да се направи многу голема и многу сложена молекула на РНК полимераза достапна за истражување со спектроскопија на НМР.
Научниците од Бајројт користеа специјална техника за исклучиво обележување на специфични, многу подвижни групи на атоми кои се јавуваат само во одделни блокови за градење протеини на дефиниран молекуларно-биолошки начин со активни изотопи на НМР. Овие групи беа забележливи и покрај големината на протеините и им служеа на научниците како сонди во вкупниот протеин. Во исто време, беше можно поединечно да се произведат петте под-единици од кои е составена РНК полимеразата, поединечно да се обележат и потоа повторно да се соберат целиот протеин. На овој начин исто така беше можно специфично да се открие една единствена единица во рамките на целата РНК полимераза.
Во првиот експеримент беше можно да се покаже за која од под-единиците се врзуваат одредени протеини. Во вториот чекор, во моментов се користи аналоген процес на обележување за да се утврди како ќе изгледаат областите за контакт помеѓу врзувачките протеини и RNAP.
Основи за насочен развој на нови активни состојки
„Со методите што ги развивме, сакаме што е можно попрецизно да ги испитаме интеракциите помеѓу бактерискиот RNAP и помалите протеини што се врзуваат за него. Заедно со нашите претходно објавени наоди за меѓусебната соработка помеѓу транскрипцијата и протеинската биосинтеза, ќе добиеме добра слика за тоа како функционираат регулаторните процеси на бактериите. Пред сè, ќе добиеме информации за тоа како овие процеси се разликуваат од соодветните механизми кај луѓето. Очекуваме дека врз основа на тоа ќе биде можно да се дизајнираат нови антибиотици на кои бактериите не можат да станат отпорни “, објаснува водачот на работната група во Бајројт, др. Стефан Кнауер. Како може да изгледаат нови активни состојки кои го нарушуваат бактерискиот систем, но го оставаат човечкиот систем без влијание, може да се разјасни со новиот истражувачки пристап.