Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и экспериментальной биофизики
Российской академии наук
en ИТЭБ (ru)

Группа исследователей из Института Теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Филиала Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН с помощью методов генной инженерии сконструировала белок, способный уничтожать клетки опасной бактерии – возбудителя сепсиса и пневмонии.

Бактериофаги или их белки, избирательно уничтожающие бактериальные клетки, - одна из популярных тем в современной молекулярной биологии. Возможно, именно эти микроскопические агенты в будущем станут главной альтернативой антибиотикам, к которым, как известно, научились приспосабливаться опасные для человека бактерии. Но как работает молекулярный механизм их направленного действия? Несмотря на более чем вековую историю изучения бактериофагов, в этом вопросе еще много неразгаданного, и любое продвижение науки в этом направлении считается большим успехом. Группа российских учёных опубликовала статью в журнале «Metallomics», в которой рассказывается о получении на базе бактериофагов белков с новыми свойствами. По мнению авторов, это исследование поможет понять механизмы работы ферментов, способных защитить человека от серьезных патологий.

Объектом изучения в проекте была литическая пептидаза бактериофага Т5, а также роль ионов кальция в активации фермента на конечном этапе жизненного цикла фага – разрушении клетки хозяина и освобождении фагового потомства. Исследователи поставили себе задачу проникнуть в структуру этого фермента и посредством методов генной инженерии ввести в его молекулу одиночные мутации. Такие замены могут серьезно изменить физико-химические свойства молекулы белка.

«С помощью мутаций удается понять, почему природа использовала именно эту, а не другую аминокислоту в данном месте полипептидной цепи, – комментирует один из авторов статьи, заведующий лабораторией ЯМР-исследований биоструктур ИТЭБ РАН Виктор Кутышенко. - Мы не знали точно о том, какие аминокислоты участвуют в связывании кальция, а лишь предполагали это на основе исследований похожих белков, проведенных другими авторами, и на основе своих собственных работ, в том числе в получении трехмерной структуры этого фермента. Необходимую конформацию молекулы, которая делает фермент наиболее активным, позволяя ему быстро разрушать клеточную стенку бактерии, обеспечивают те самые ионы кальция Ca2+, выполняя роль стабилизатора структуры длинной подвижной петли в молекуле. С помощью мутаций мы локализовали активный центр молекулы фермента. Таким образом, мы получили белки с новыми свойствами».

Их изучение, сравнение ферментативных свойств, а также кинетических параметров связывания ионов кальция, которые, как выяснилось, изменяют конформацию молекулы, позволяет понять, что в молекуле EndoT5 является наиболее важным для проявления ферментативной активности. Все это относится к проблемам фундаментальной науки, которые с энтузиазмом решают учёные в своих лабораториях с помощью метода кругового дихроизма, позволяющего наблюдать вторичную структуру белков, а также ядерно-магнитного резонанса, способного открыть все уровни структурной организации молекулы белка.

Также в ходе этих исследований стало очевидно, что полученные мутантные белки могут быть интересны и с практической точки зрения.

«Мы экспериментально показали, что один из созданных нами мутантов, дефектный по связыванию кальция, но устойчивый к ЭДТА (её добавляют специально, чтобы связать ионы металлов и посмотреть, что из этого получилось), в присутствии этого связующего вещества разрушает клетки синегнойной палочки - потенциального возбудителя сепсиса и пневмонии», - рассказывает Виктор Кутышенко.

Авторы статьи полагают, что полученные белки уже в недалеком будущем имеют все шансы стать основой для создания эффективных лекарственных средств, которые смогут составить конкуренцию антибиотикам.



Источник:
Kovalenko A.O., Chernyshov S.V., Kutyshenko V.P., Molochkov N.V., Prokhorov D.A., Odinokova I.V., Mikoulinskaia G.V. Investigation of the calcium-induced activation of the bacteriophage T5 peptidoglycan hydrolase promoting host cell lysis. Metallomics. 2019 Apr 17;11(4):799-809. doi: 10.1039/c9mt00020h.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30869729



Материал подготовила:
Наталья Быкова
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru