Мультистойкие бактериальные болезнетворные микроорганизмы, которые нечувствительны к фактически всем доступным антибиотикам, являются одной из главных проблем здравоохранения нашего времени. Вопросом того, как устойчивость к различным антибиотикам развивается, является центр исследования, выполняемого Университетом Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхенском биохимике Дэниеле Уилсоне и его коллегах. Как они сообщают в журнале Molecular Cell, он и его команда использовали криоэлектронную микроскопию с высоким разрешением, чтобы получить новое понимание ультраструктурных изменений во внутриклеточной машине, связанной с приобретением сопротивления антибиотическому эритромицину. «Лучшее понимание этого механизма – важный шаг к развитию новых и более мощных антибиотиков», говорит Уилсон.
Эритромицин предназначается для бактериальных рибосом – наномашины, ответственной за перевод РНК посыльного (mRNA) последовательности в белок – таким образом предотвращение синтеза белков, требуемых для длительного роста и выживания. Бактерии могут стать стойкими к антибиотику или как результат непосредственной мутации или взяв соответствующий «ген устойчивости» (который кодирует для белка, который присуждает сопротивление) от другой бактерии через генетический обмен. Однако, поскольку Уилсон объясняет: «Гены, необходимые для сопротивления, часто активируются только при необходимости (т.е., когда антибиотик присутствует в окружающей среде), и так называемый лидер или пептиды сигнала играют важную роль в этом процессе».
Пептиды лидера регулируют выражение нисходящего гена устойчивости в ответ на присутствие препарата. Когда препарат присутствует, он связывает в тоннеле рибосомы и взаимодействует с пептидом лидера перевода, чтобы остановить синтез белка.
Вызванная препаратом остановка позволяет для разнообразия в структурной структуре mRNA, который в свою очередь, разоблачает связывающий участок рибосомы вниз по течению, позволяя последовательности нуклеотида, которая кодирует сам фактор сопротивления, чтобы быть переведенной.Разнообразные способы засорить работы «Точно, как взаимодействие между антибиотиком и пептидами лидера происходит на структурном уровне, чтобы заставить рибосому останавливаться, остались неясными», говорит Уилсон. Исследователи ранее показали, что пептид сигнала, закодированный ermBL mRNA, не взаимодействует непосредственно с эритромицином.
Вместо этого пептид сигнала принимает определенную структуру в присутствии антибиотика, который блокирует и запрещает активный центр рибосомы, таким образом составляя преждевременную остановку. «С тех пор есть другие пептиды сигнала кроме лидера ErmBL, мы интересовались обнаружением, используют ли они этот тот же самый механизм или имеют различные способы действия», объясняет Уилсон. В их новом исследовании исследователи использовали в своих интересах недавний технологический прорыв: «Благодаря использованию нового датчика мы смогли увеличить разрешение наших структур с 4,5 А до 3,5 А, которое делает ранее скрытые детали видимыми», говорит Уилсон.
Новые исследования показали, что пептид лидера ErmCL использует совершенно другой механизм, чтобы сигнализировать о присутствии антибиотика. В отличие от его коллеги ErmBL, пептид сигнала ErmCL взаимодействует непосредственно с антибиотиком.
Как следствие, в определенный момент во время перевода, структура активного места рибосомы искажена таким способом, которым дальнейшее удлинение возникающего пептида становится невозможным. Уилсон убежден, что полное понимание таких ощущающих антибиотик механизмов будет стимулировать развитие более эффективных антибиотиков в будущем.
Он и его группа теперь планируют увеличить еще далее резолюцию, достижимую с их криоэлектронным микроскопом, и будут тогда использовать его, чтобы исследовать структуры рибосом, которые были остановлены другими химическими веществами.