РНК полимераза и антибиотици - MedMix
Как трябва да бъдат проектирани антибиотиците, така че бактериите да не станат резистентни към тях? Изследователската група около проф. Д-р Пол Рьош от университета в Байройт направи основна крачка напред в отговора на този въпрос.
За първи път гигантската протеинова РНК полимераза и нейните партньори за взаимодействие могат да бъдат изследвани в детайли с помощта на ядрено-магнитен резонансен спектроскоп (ЯМР спектроскопия). Резултатите вече са публикувани в „Научни доклади“. Изследователите се надяват да получат допълнителни знания от уникален в световен мащаб 1 GHz спектрометър с активно екранирано магнитно поле, който скоро ще бъде инсталиран в кампуса на Байройт.
Защитата срещу бактерии обикновено е основно предизвикателство в медицината
В момента едно от най-големите предизвикателства в медицината е защитата срещу бактерии, срещу която всички налични в момента антибиотици са неефективни. Повечето от тези антибиотици са насочени срещу бактериалните клетъчни стени и техните компоненти, или пречат на синтеза на бактериални протеини. По-новите антибиотици, от друга страна, са насочени срещу копирането на бактериална генетична информация. Проблемът е същият: някои бактерии развиват механизми, които ги предпазват от тези - всъщност смъртоносни - вещества. Ставате устойчиви.
Един шанс медицината да се примири с тази ситуация се крие в разработването на нови активни вещества, които прекъсват основните процеси в бактериалната клетка.
Пример за такъв процес е транслацията на генетичната информация, съхранявана в ДНК, в РНК последователност. Това е форма на генетична информация, която може да се използва за производството на протеини. Процесът на транслация, известен като транскрипция, който се катализира от РНК полимераза (RNAP), е силно сложен и се контролира прецизно от други бактериални протеини, които се свързват с РНК полимераза. Понастоящем много подробности за тази машина за транслация на бактерии са неизвестни. По-точните знания обаче един ден биха могли да позволят целенасочено изграждане на активни съставки, които парализират точно тази машина - и да попречат на бактериите да станат резистентни.
За първи път с ЯМР спектроскопия изследвано: взаимодействието на малки протеини с непокътната РНК полимераза
Точно в този момент ЯМР спектроскопските изследвания на изследователската група, ръководена от проф. Д-р. Paul Rösch, който доведе до новите резултати, публикувани в „Scientific Reports“ - списание на „Nature Publishing Group“. Пространствените, триизмерни структури на молекулите, участващи в транскрипцията, вече са изследвани чрез анализ на рентгеновата структура и електронна микроскопия. В сравнение с тези техники обаче ЯМР спектроскопията се характеризира с факта, че взаимодействията между молекулите и динамиката на молекулярните структури са сравнително лесни за изследване. По-специално такива процеси играят решаваща роля в транскрипцията. Следователно разбирането им е от съществено значение за целенасоченото разработване на антибиотици.
С ЯМР спектроскопия могат да бъдат открити само определени, нерадиоактивни типове атоми (изотопи), които се включват в протеините чрез молекулярно биологични методи. Тези изотопи служат като сонди и предоставят важна информация за молекулните структури и промените, на които тези структури са обект. Досега ЯМР спектроскопията можеше да се използва само за малки и средни протеини. Сега обаче работната група на Байройт е намерила начини да направи много голямата и много сложна молекула на РНК полимераза достъпна за изследване чрез ЯМР спектроскопия.
Учените от Байройт са използвали специална техника, за да маркират изключително специфични, много подвижни групи атоми, които се срещат само в отделни протеинови градивни блокове по определен молекулярно-биологичен начин с NMR-активни изотопи. Въпреки размера на протеина, тези групи бяха видими и учените ги използваха като сонди в общия протеин. В същото време беше възможно да се произведат индивидуално петте субединици, от които е изградена РНК полимеразата, да се маркират индивидуално и след това да се сглоби целият протеин. По този начин беше възможно също така да се открие конкретна единична единица в цялата РНК полимераза.
В първия експеримент беше възможно да се покаже към коя от субединиците се свързват определени протеини. Във втора стъпка в момента се използва аналогичен процес на маркиране, за да се определи как ще изглеждат зоните на контакт между свързващите протеини и RNAP.
Основи за целенасочено разработване на нови активни съставки
„С разработените от нас методи искаме да изследваме възможно най-точно взаимодействието между бактериалния RNAP и по-малките протеини, които се свързват с него. Заедно с публикуваните ни по-рано констатации за взаимодействието между транскрипцията и биосинтеза на протеини, ще получим добра картина за това как протичат бактериалните регулаторни процеси. Преди всичко ще получим информация за това как тези процеси се различават от съответните механизми при хората. Очакваме, че на тази основа ще бъде възможно да се проектират нови антибиотици, към които бактериите не могат да станат резистентни “, обяснява ръководителят на работната група в Байройт д-р Стефан Кнауер. Как могат да изглеждат новите активни съставки, които нарушават бактериалната система, но оставят човешката система незасегната, може да бъде допълнително изяснено с новия изследователски подход.