Группа российских ученых, представляющая ведущие институты Российской академии наук, успешно модифицировала уникальный белок, применяемый вирусами-бактериофагами для проникновения в клетки синегнойной палочки. Эта инновация открывает перспективные пути борьбы с опасными инфекциями, устойчивыми к традиционным антибиотикам. Перспективы нового белка уже высоко оценили специалисты международного научного сообщества, первые результаты опубликованы в журнале Metallomics.
Современные вызовы: супер-бактерии и угроза антибиотикорезистентности
В последние годы проблема появления устойчивых к антибиотикам "супер-бактерий" превращается в одну из главных угроз для мирового здравоохранения. К числу самых грозных болезнетворных микробов относятся синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) и ряд других патогенов, способных вызывать пневмонию, сепсис и хронические инфекции. Постоянное совершенствование бактериями своих защитных механизмов делает применяемые препараты всё менее эффективными. Традиционный поиск новых антибиотиков зачастую не приносит ожидаемого результата из-за быстрых темпов мутаций.
Бактериофаги и белок EndoT5: инструмент будущего
В поисках альтернативных решений биологи обратили внимание на природных врагов бактерий — бактериофагов. Эти вирусы используют специальные белки для разрушения оболочки бактериальных клеток во время заражения. Одним из ключевых объектов исследований стал белок EndoT5, благодаря которому бактериофаг T5 способен эффективно разрушать клеточные стенки синегнойной палочки на финальных этапах своего цикла.
Работой руководил Виктор Кутышенко — известный специалист Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, который отмечает: «Экспериментально мы показали, что одна из разработанных мутантных версий этого белка, обладающая устойчивостью к ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной кислоте) и ослабленным связыванием кальция, способна разрушать клетки опасной бактерии даже при отсутствии ионов кальция».
Генные мутации: создание «убийцы» для синегнойной палочки
Коллектив учёных искусственно ввёл в генетическую структуру белка эндолизина случайные и целенаправленные мутации, чтобы изменить его свойства. С помощью современных методов молекулярной биологии учёные извлекли гены из бактериофага, отвечающие за синтез EndoT5, и, после мутаций, внедрили их в клетки безвредной кишечной палочки. Полученные мутантные белки подверглись анализу структуры и тестированию активности на культурах опасной синегнойной палочки.
Большинство точечных замен аминокислот незначительно сказывались на строении молекулы, однако некоторые мутации сильно усиливали или полностью нарушали ферментативную активность. Наиболее впечатляющие результаты дала замена глутаминовой кислоты на аланин (мутация E123A). Такой белок активировался даже при минимальном уровне ионов кальция, что отличает его от природного исходника, нуждающегося в большом количестве этого микроэлемента.
Ключевая роль ЭДТА и перспективы применения
Чтобы изучить эффект модифицированного белка, исследователи добавили в питательную среду бактерий не только его, но и комплексообразующее соединение ЭДТА. ЭДТА быстро связывает все доступные ионы кальция, предотвращая их взаимодействие с ферментом. Традиционные белки в таких условиях теряют активность, однако новый мутантный фермент работал стабильно и эффективно.
В лабораторных экспериментах белок «киллер» демонстрировал высокую эффективность даже в низких концентрациях, приводя к разрушению клеточных стенок синегнойной палочки. Такая стабильная активность в присутствии ЭДТА и отсутствие необходимости в кальции делает данное решение универсальнымом для борьбы с патогенами в самых разных условиях.
Открытие новых возможностей: beyond antibiotics
Главное отличие подхода российских ученых — ориентация на перепрофилирование и совершенствование природных ферментов, а не на создание очередного поколения традиционных антибиотиков. Такой вектор исследований — важный шаг к формированию нового поколения антимикробных препаратов, способных противостоять самым стойким бактериям.
Преимущества новых белков уже очевидны:
- Высокая селективность — способность разрушать только клетки-мишени, сохраняя при этом полезную микрофлору.
- Устойчивость к традиционным бактериальным защитам — новый фермент не подвержен тем же механизмам резистентности, что классические антибиотики.
- Возможность применения с ЭДТА — существенно расширяет диапазон условий для использования белка.
- Безопасная альтернатива существующим лекарствам — минимизация риска побочных эффектов.
Эта стратегия особенно востребована в случае устойчивых к антибиотикам больничных инфекций, хронических легочных заболеваний и тяжелых форм сепсиса.
Перспективы и вклад российских ученых
Исследование, проведенное под руководством Виктора Кутышенко, подтверждает значимость инновационного подхода к антимикробной терапии. В ближайшей перспективе новая технология может стать базой для разработки препаратов нового поколения, эффективных как в профилактике, так и в лечении инфекций, вызванных устойчивыми микробами. Подход на основе мутагенеза и белков бактериофагов совмещает изящные решения природы и достижения современной биотехнологии — это обещает в будущем обеспечить человечество надежной защитой от супер-бактерий.
По мнению учёных, новые белки могут применяться и в других сферах медицины и фармацевтики — для очищения оборудования, лечения сложных инфекций, восстановления стерильности медицинских помещений. Таким образом, вклад российских институтов РАН не только приближает победу над устойчивыми инфекциями, но и вдохновляет на новые открытия в молекулярной биологии и биомедицине.
Источник: scientificrussia.ru
