Чудо оръжие дермцидин - собственият антибиотик на тялото Изследователите изясняват структурата и функцията - GT
Антибиотиците не се предлагат само по лекарско предписание. Телата ни също произвеждат ефективни вещества, за да поддържат бактерии, гъбички и вируси под контрол. Международен изследователски екип от Гьотинген, Тюбинген, Единбург и Страсбург сега изясни структурата на важен ендогенен антибиотик, наречен дермцидин, атом по атом.
Учените са открили, че това е високоефективно оръжие в борбата срещу туберкулозните патогени и други опасни нападатели. Откритията им биха могли да помогнат за разработването на нови антибиотици, които също могат успешно да се борят с мулти-устойчиви бактерии.
Когато избухнем в пот, това има и добрата си страна. Той разпространява високоефективни антибиотици по кожата, които ни предпазват от патогени. Ако кожата ни е наранена от драскотина, порез или ухапване от комар, активните съставки като дермцидин, произведени в потните жлези, убиват бързо и ефективно опасните нашественици. Такива така наречени антимикробни пептиди (AMP) дори са много по-добри от обикновените антибиотици в едно важно отношение.
Дермцидин атакува ахилесовата пета на нападателя
Патогените не могат да станат резистентни към тях за кратък период от време. AMP ефективно предотвратяват развитието на резистентност, като насочват специално ахилесовата пета на патогенния нападател: Те перфорират жизнената им обвивна мембрана и те не могат лесно да променят патогена. Следователно AMP имат голям потенциал за ново поколение антибиотици .
„Но за да приспособим такива активни съставки, първо трябва да разберем подробно как собствените антибиотици на организма успешно побеждават патогените. Въпреки че досега са открити 1700 такива пептида, ние знаем много малко за тяхната форма и функция “, подчертава проф. Берт де Гроот, ръководител на изследователската група„ Изчислителна биомолекулярна динамика “в Института по биофизична химия на Макс Планк в Гьотинген. С колеги от Единбург (Великобритания), Тюбинген, Страсбург (Франция) и Гьотинген той за първи път изясни в атомни детайли какво прави дермцидин истинско чудо оръжие в борбата с опасните патогени.
Учените отдавна знаят, че дермцидинът се разделя на кисело-солена пот и по този начин се активира. Тогава активният дермцидинов пептид, стабилизиран от цинковите йони, намиращи се в потта, образува малки канали през обвивната мембрана на патогена и на практика го перфорира. В резултат на това водата и йоните текат неконтролирано през обвивната мембрана. Водният баланс и транспортните процеси на микроорганизмите излизат извън контрол, те бавно отмират.
Чрез комбинираното използване на рентгенова кристалография и NMR спектроскопия в твърдо състояние, изследователите, ръководени от проф. Корнелиус Цет от Института за развитие на биологията на Макс Планк в Тюбинген и Буркхард Бечингер от Университета в Страсбург, сега могат да обяснят, атом по атом, как е структуриран този канал. Както установиха, той е изключително дълъг, пропусклив и приспособим. По този начин той образува напълно нов клас мембранни протеини.
С помощта на сложни компютърни симулации екипът на Берт де Гроот наблюдаваше активния дермцидин "на работа", така да се каже. За изненада на изследователите от Гьотинген, йоните прекосиха канала по много необичаен начин. Химикът д-р. Улрих Захария обяснява: „При нашите симулации можете да видите много ясно, че каналът е крив в мембраната. В резултат на това йоните използват и „страничния вход“. По този начин повече йони могат да преминат канала по едно и също време. “Симулациите по този начин дават обяснение за високата йонна пропускливост на канала, което проф. Клаудия Щайнем от Университета в Гьотинген успя да измери при електрофизиологични експерименти.
Потенциал за нов клас антибиотици
Резултатите на Steinem също показват: без цинкови йони, чудодейното оръжие се проваля. Функционални канали се образуват в мембранната обвивка само когато цинковите йони и дермцидин взаимодействат. Ако учените предотвратяват това взаимодействие, като мутират определен градивен елемент в дермцидин (т.нар. Хистидинов аминокиселинен остатък), не се образува пропусклив за йони канал.
Дермцидин може също така да се адаптира към различни типове мембрани по изключително променлив начин. „Това може да обясни защо активният дермцидин е толкова ефективен широкоспектърен антибиотик и може да се бори с бактерии и гъбички. Действа срещу много известни патогени като туберкулозния патоген Mycobacterium tuberculosis или Staphylococcus aureus “, обяснява де Гроот. По-специално, многорезистентните щамове на Staphylococcus aureus стават нарастваща заплаха в болниците. Те са нечувствителни към често срещаните антибиотици и поради това са трудни за лечение.
Според института Робърт Кох през 1976 г. само два процента от бактериите на стафилококи са били устойчиви на антибиотици. Към 2009 г. делът се е увеличил до почти 22 процента. Инфекциите с този патоген могат да доведат до животозастрашаващи заболявания като отравяне на кръвта и пневмония. Международният изследователски екип се надява, че техните открития ще доведат до разработването на нов клас антибиотици, които могат успешно да се борят с такива опасни патогени.