Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:
проверенный фактами
надежный источник
корректура
Хорошо! Зосурабальпин убивает клетки, ингибируя функцию LptB2FGC. Фото: Природа (2024 г.). DOI: 10.1038/s41586-023-06873-0
× закрыть
Зосурабальпин убивает клетки, ингибируя функцию LptB2FGC. Фото: Природа (2024 г.). DOI: 10.1038/s41586-023-06873-0
В последние годы наблюдается рост бактериальных патогенов, у которых развилась устойчивость к антибиотикам. Один из таких супербактерий, устойчивый к карбапенемам Acinetobacter baumannii (CRAB), ежегодно убивает сотни тяжелобольных пациентов в США, обычно в больницах, вызывая инфекции крови, легких или мочевыводящих путей, которые не поддаются лечению.
Дэниел Кан, профессор химии и химической биологии Хиггинса, посвятил большую часть своей карьеры изучению физиологии бактерий, раскрывая фундаментальные механизмы, с помощью которых эти виды процветают и уклоняются от атак.
Его лаборатория проявляет особый интерес к грамотрицательным бактериям, в том числе A. baumannii, которые характеризуются непроницаемой внешней мембраной, через которую не могут проникнуть многие лекарства. Работа его команды помогает создать новые лекарства для борьбы с этим супербактерием, а возможно, и с другими.
«Последние 25 лет меня интересовало, как устроена эта внешняя мембрана», — сказал Кан. “Там [is] набор белковых машин, которые консервативны у всех грамотрицательных бактерий, образующих эту мембрану, и поэтому мы изучаем каждую из этих машин».
Исследования Кана сыграли ключевую роль в усилиях Roche, международной биотехнологической компании, которая недавно объявила о многообещающем клиническом кандидате, эффективном против супербактерии CRAB. Соединение под названием зосурабальпин сейчас находится на I фазе клинических испытаний. В случае одобрения это станет первым новым средством лечения инфекций, вызванных A. baumannii, за 50 лет и может стать новым оружием в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Мембраны грамотрицательных бактерий, исследованные Кане, усеяны большими сложными гликолипидами, называемыми липополисахаридами (ЛПС), которые действуют как защитная броня. Бактерии собирают молекулы ЛПС внутри своей цитоплазмы, а затем перемещают их на внешние мембраны.
Кана заинтересовало то, как бактерии организуют транспортировку ЛПС от завода до конечного пункта назначения. Ученые давно подозревали, что этот многоэтапный процесс может стать новой мишенью для будущих антибиотиков.
При поддержке Национальных институтов здравоохранения в 2010 году команда Кане первой предложила механизм управления транспортом грамотрицательными бактериями. Описывая «трансконвертный мост», состоящий из семи различных белков, исследователи показали, что молекулы ЛПС используют этот мост для перемещения из цитоплазмы через внутреннюю мембрану через водное пространство, называемое периплазматическим компартментом, и через другую мембрану. Затем, как дозатор PEZ, клетка выталкивает молекулы ЛПС по одной, где они выстраиваются на поверхности клетки.
Команда опубликовала еще несколько исследований, подтверждающих свою модель моста, показав в 2018 году, что они могут восстановить мост из семи белков из чистых белков in vitro. Совсем недавно они сообщили в журнале Nature, что используют отслеживание одиночных молекул, чтобы показать мостики, образующие и транспортирующие ЛПС в живых клетках.
Тем временем компания «Рош» работала над разработкой нового типа антибиотика, эффективного против инфекций CRAB. У них были генетические доказательства того, что их препарат убивает A. baumanni, нарушая механизм транспортировки ЛПС, который тщательно изучала лаборатория Кане и который ни один другой препарат на рынке в настоящее время не имеет в качестве «смертельной цели». В конце 2020 года компания «Рош» обратилась к исследователям из Гарварда с просьбой помочь им убедиться в этом.
Соавторы Дэниел Кан и Каранбир Пахил в лаборатории. Кредит: Крис Сниббе
× закрыть
Соавторы Дэниел Кан и Каранбир Пахил в лаборатории. Кредит: Крис Сниббе
«Дэн является общепризнанным мировым лидером в этой области, и мы увидели потенциал синергии между двумя командами, чтобы подтвердить цель и механизм действия зосурабальпина, а также получить дальнейшее понимание фундаментального биологического процесса транспорта ЛПС. “, – сказал Кеннет Брэдли, руководитель отдела исследований инфекционных заболеваний в Roche Pharma Research and Early Development.
Совместно с учеными Roche и соавтором Эндрю Крузом, профессором биологической химии и молекулярной фармакологии Гарвардской медицинской школы, Кан и его команда недавно опубликовали пару исследований Nature, в которых сообщается о многообещающем новом классе антибиотиков Roche, находящемся в клинической разработке. В одной из статей представлены подробности молекулярного механизма транспорта ЛПС препарата.
«Было очень интересно иметь возможность использовать все инструменты, которые студенты в моей группе разработали за последние два десятилетия, чтобы быстро выяснить механизм действия препарата Рош», — сказал Кан.
Инструменты включали структурные, биохимические и генетические подходы для решения сложных белковых структур. Каранбир Пахил, доктор философии. разработали лабораторную процедуру получения больших количеств чистых транспортных белков Acinetobacter, сложность которых затрудняет работу с ними. Исследование выявило первые прямые доказательства того, что препарат «Рош» вмешивается в работу этих комплексов, убивая бактерии.
Чтобы уловить молекулярные детали, они использовали криоэлектронную микроскопию, в которой группа Крузе имеет опыт. Этот метод особенно полезен для изучения внутренне динамических белков с множественными конформациями. «Этот очень сложный транспортер явно попадает в эту категорию», — сказал Крузе.
Используя очищенные в лаборатории белки-переносчики ЛПС, Морган Гилман, научный сотрудник лаборатории Крузе, научил Пахила генерировать и обрабатывать данные криоэлектронной микроскопии с целью определения структуры белков-переносчиков, когда они связываются с зосурабальпином.
Объединив усилия, лаборатории Кане и Крузе показали, что препарат-кандидат компании «Рош» нарушает транспорт ЛПС к поверхности клетки, связываясь с карманом, который охватывает часть белкового мостика, а также саму молекулу ЛПС. Препарат вызывает накопление ЛПС не в той части клетки, «застревание» ЛПС внутри его транспортера, ослабление клеточной мембраны и, в конечном итоге, разрушение клетки.
Чтобы подтвердить доказательства, Пахил, Гилман и их команда раскрыли в общей сложности семь белковых структур. «Для получения белков с хорошим поведением потребовалась обширная оптимизация условий экспрессии и очистки», — сказал Пахил. Исследователи отметили, что лекарства, которые связываются с составной поверхностью, созданной белковой машиной, и клеточной молекулой, на которую она действует, необычны.
Зосурабальпин, если он будет одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США, станет первым антибиотиком, воздействующим на механизм транспорта ЛПС. Напротив, наиболее широко используемые антибиотики, включая пенициллин и карбапенем, называются бета-лактамными антибиотиками и действуют путем ингибирования синтеза бактериальной клеточной стенки. Другие типы нарушают рибосомы и синтез белка.
Карман, с которым связывается препарат-кандидат компании «Рош», специфичен для A. baumannii. Но, по мнению исследователей, аналогичный карман существует и у других грамотрицательных бактерий, включая кишечную палочку, поэтому они воодушевлены возможностью модификации препарата для лечения других патогенов.
«Мы начинаем довольно глубоко понимать, как работают многие из этих молекулярных машин», — сказал Крузе. «Я думаю, что это будет невероятно полезно при разработке антибиотиков следующего поколения».
Больше информации:
Лиза Тёрк и др., Динамика одиночных молекул демонстрирует временный транспортный мост липополисахаридов, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06709-x
Клаудия Зампалони и др., Новый класс антибиотиков, нацеленных на переносчик липополисахаридов, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06873-0
Каранбир С. Пахил и др., Новый антибиотик улавливает липополисахарид в его межмембранном переносчике, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06799-7
Эта история опубликована с любезного разрешения Harvard Gazette, официальной газеты Гарвардского университета. Дополнительные новости университета можно найти на сайте Harvard.edu.
2024-03-05 20:12:05
1709670348
#Исследователи #сосредоточены #на #поиске #недостатков #броне #супербактерий
