Отбелязана резистентност в борбата срещу патогените Макс Планк Институт по биофизична химия

Изследователите изясняват структурата и функцията на важен ендогенен антибиотик

Антибиотиците не се предлагат само по лекарско предписание. Нашето собствено тяло също произвежда ефективни вещества, за да поддържа бактерии, гъбички и вируси под контрол. Международен изследователски екип от Гьотинген, Тюбинген, Единбург и Страсбург сега изясни структурата на важен ендогенен антибиотик, наречен атом по атом дермцидин. 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.
(Известия на Националната академия на науките САЩ, 20 февруари 2013 г.)

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. 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.

Известни са 1700 ендогенни AMP

„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 Берт де Гроот, ръководител на изследователската група„ Изчислителна биомолекулярна динамика “в Института по биофизична химия на Макс Планк в Гьотинген. Заедно 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 срещу 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, намерени 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.

Дермцидин атакува ахилесовата пета на нападателя

Чрез комбинираното използване на рентгенова кристалография и ЯМР спектроскопия в твърдо състояние, изследователите, ръководени от Корнелиус Цет от Института за развитие на биологията на Макс Планк в Тюбинген и Буркхард Бечингер от Университета в Страсбург, вече са в състояние 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.

Активният дермцидин е канален протеин с изключително висока йонна пропускливост и адаптивност. Тези свойства го правят мощен антибиотик с широк спектър на действие.

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 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 Клаудия Щайнем от университета в Гьотинген успя да измери при електрофизиологични експерименти. 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.

Потенциал за нов клас антибиотици

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 Стафилококус ауреус“, Обяснява де Гроот. По-специално, многоустойчиви щамове на Стафилококус ауреус 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. са били само два процента Стафилококи-Бактерии, 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. (cr)