Химики нашли кандидата в антибиотики нового поколения

Биохимики МГУ совместно с коллегами из Германии и США открыли механизм воздействия молекулы тетраценомицина на рибосомы клеток человека и бактерий. Исследованное соединение может стать основой перспективных антибиотиков. Работа ученых опубликована в престижном журнале Nature Сhemical Biology 29 июня 2020 года.

Устойчивость к антибиотикам является одной из наиболее серьезных угроз для здоровья человечества, продовольственной безопасности и развития мировой экономики. Резистентность к препаратам у микроорганизмов может появляться спонтанно вследствие произвольных мутаций или из-за неправильного применения противомикробных препаратов. По данным ВОЗ, все больше инфекций — например, пневмонию, туберкулез, заражение крови, заболевания пищевого происхождения — становится труднее, а иногда и невозможно вылечить из-за снижения эффективности антибиотиков. 

Большинство известных антибиотиков действуют по трем механизмам: нарушение синтеза клеточной стенки, нуклеиновых кислот или белка. Более половины известных антибиотиков нарушают синтез белка рибосомами. Биохимики и специалисты в области медицинской химии пытаются обнаружить перспективные антибиотики среди ингибиторов рибосом.

Сотрудники химического факультета, НИИФХБ имени А.Н. Белозерского и Института функциональной геномики МГУ, Сколтеха, Гамбургского университета (ФРГ), Университета Иллинойса (США) изучили молекулярный механизм воздействия соединения тетраценомицина на рибосомы бактерий и человека. Тетраценомициновые антибиотики были обнаружены более 40 лет назад. Долгое время ученые предполагали, что их антибиотическое воздействие вызвано воздействием на ДНК бактерий. Российские биохимики и зарубежные коллеги показали, что тетраценомицин воздействует на большие субъединицы рибосом, а не на генетический материал клеток. Вместе с тем, молекула тетраценомицина ингибирует трансляцию белков как с бактериальной, так с человеческой рибосом, и если может быть антибиотиком, то потенциально опасным для человека. Ученые полагают, что модификацией тетраценомицина можно снизить его цитотоксичность. Изученная молекула обладает важной особенностью: связывание тетраценомицина с рибосомами происходит по уникальным позициям (нуклеотидным основаниям в белках субъединицы рибосомы), недоступным для других антибиотиков. По структуре тетраценомицин схож с группой хорошо изученных антибиотиков тетрациклинов, которые тоже нарушают синтез белка, но связываются совсем с другим участком рибосомы.

«Наиболее интересный момент — мы нашли новый сайт связывания антибиотика в рибосоме. Поэтому мутации на разных участках рибосом, которые дают устойчивость к другим антибиотикам, не влияют на связывание тетраценомицина, то есть нет кроссрезистентности [прим. – устойчивости микроорганизма к антибиотикам близких групп]. Открытие нового сайта связывания открывает путь к модификации и улучшению антибиотика», — прокомментировал один из авторов исследования, старший научный сотрудник химического факультета МГУ, главный научный сотрудник Центра наук о жизни Сколтеха Илья Остерман. 

Работа ученых поддержана совместным грантом Российского научного фонда и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG).