Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Когда проклятие становится благословением
Представьте, что любая клетка – это толстый пудинг, состоящий из белков. Если же вы представили эукариотическую клетку, то липидные структуры, которые производят и используют белки, будут заключены в липидный бислой, состоящий из еще большего количества белков. Для клеток, белки — это основа их существования. Они занимаются репликацией ДНК, транскрипцией, производством других белков, аккумуляцией энергии и переносом питательных веществ. Поэтому, поддержание их в правильной и функциональной форме является ключом к жизни. Чтобы обеспечить это, клетки тратят до половины своей энергии для поддержания белковой системы. Эта система отвечает за предотвращение образования белковых сгустков, которые могут стать помехой в переполненной внутриклеточной среде.
Когда что-то идет не так, и белковая система становится неэффективна, белки могут образовывать фибриллярные формы, называемые амилоидами, которые склонны к агрегации и которые в любой момент могут начать накапливаться внутри клеток. Причина образования амилоида не во всех случаях ясна. Это может быть связано с присутствием химических веществ, таких как тяжелые металлы, мутациями в белках, которые делают их менее стабильными, или дегенерацией белковой системы в связи со старением. В любом случае, если сгустки своевременно не убраны, гибель клеток неизбежна.
Появление белковых сгустков является причиной образования старческих болезней, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. В поисках лечения этих и других заболеваний, связанных с амилоидами, ученые собрали много важной информации о том, что запускает процесс агрегации белков. Однако, часть этих знаний используется для уничтожения устойчивых к антибиотикам бактерий.
Как это происходит? Для начала нужно найти области в белках бактерий, склонные к агрегации и которые нужно нейтрализовать. Позже синтезируется небольшой пептид, имеющий генетическую последовательность аналогичную этим областям. Наконец, бактериальные белки обрабатываются пептидом, который способствует агрегации клеточных белков, что запускает быструю реакцию образования амилоидоподобных сгустков.
Хотя в результате этого исследования бактерии были нейтрализованы за счет образования белковых сгустков, как при болезни Альцгеймера, сработает ли этот же подход в случае с настоящей инфекцией? Да! Именно это и было использовано Ходапарастом и его коллегами для лечения инфекции мочевого пузыря у мышей. Действительно, оказалось, что внутривенное лечение пептидами даже более эффективно убивает бактерии, чем антибиотики.
Механизм, стоящий за убийственной силой этих небольших пептидов, заключается в их структуре: каждый пептид может взаимодействовать и вызывать агрегацию более чем одного белка. Следовательно, вызывая реакцию у нескольких белков с различными функциями, выживание клетки подвергается опасности. А при накоплении белковых сгустков клетка начинает испытывать энергетическое “бремя”. Позже, при попытке очистить сгустки, истощение определенных частей системы клетки делает ее неэффективной и вызывает еще большую агрегацию белков. Это приводит к полной клеточной недостаточности и гибели. Пока что бактерии не могут выработать устойчивость и дать отпор такому каскаду событий и, следовательно, к данному виду лечения
Несмотря на необходимость в дополнительных исследованиях этой методики, стоит отметить как знания в других областях могут быть использованы для создания новых противомикробных технологий, которые, возможно, могут спасти нас от апокалипсиса антибиотиков.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Изображение: Амилоидные сгустки могут быть использованы для уничтожения бактерий (изображение создано автором с помощью Biorender)
micro-bites.org 