Новосибирский студент считает, что прием антибиотиков с ингибиторами усилит восприимчивость бактерий к препаратам и лечение инфекций будет более эффективным. Ранее по сети разлетелись результаты исследования, согласно которым к 2050 году показатель ежегодной смертности от бактерий с устойчивостью к антибиотикам может достичь 1,91 миллиона человек.
Студент Новосибирского государственного университета Никита Булгаков занимается исследованием структуры белков, которые влияют на устойчивость бактерий к антибиотикам. Его проект вошел в число победителей молодежного конкурса научно-исследовательских проектов «Рентгеновские, синхротронные, нейтронные методы междисциплинарных исследований».
Полученные данные должны облегчить поиск ингибиторов ферментов, которые в результате повлияют на решение проблемы антибиотикорезистентности – устойчивости некоторых микроорганизмов к антибактериальным препаратам. Многие антибиотики, которые активно использовались раньше, теперь потеряли свою эффективность – бактерии научились подавлять их действие и даже полностью нейтрализовать лекарство.
– Системы репарации в клетке направлены на то, чтобы удалять повреждения, которые возникают в ДНК. А некоторые антибиотики как раз влияют на стабильность и целостность ДНК. Соответственно, нокауты генов (то есть их «выключение») ДНК-гликозилаз (ферменты, которые узнают и удаляют повреждения в ДНК) повышают чувствительность бактериальных клеток к антибиотикам. Поэтому в лаборатории подобные исследования на тему антибиотикорезистентности уже проводись, – рассказал Сибкрай.ru ассистент кафедры молекулярной биологии и биотехнологии НГУ, инженер лаборатории белковой инженерии факультета естественных наук, аспирант 4 курса Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Никита Булгаков.
В процессе исследования гены различных белков «включали» по одному, и наблюдали, как это влияло на устойчивость исследуемых бактерий к антибиотикам. Было выявлено, что при повышении окислительного стресса восприимчивость бактерий к антибиотикам повышается.
Вместе со своим научным руководителем – ассистентом кафедры молекулярной биологии и биотехнологии НГУ, инженером Лаборатории белковой инженерии Факультета естественных наук НГУ Анной Юдкиной – Никита Булгаков наработал и выделил свободный фермент, затем создал белковые конъюгаты (белок, который функционирует во взаимодействии с другими (неполипептидными) химическими группами, присоединенными посредством ковалентной связи или слабых взаимодействий) с ДНК посредством боргидридной сшивки, которые очистил с помощью ионообменной хроматографии, а далее уже занялся поиском кристаллизационных условий для этих конъюгатов.
Сбор дифракционных данных проводился совместно с учеными Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, которые имеют доступ к ресурсам Шанхайского центра синхротронного излучения (КНР).
В результате своего исследования Никита Булгаков вырастил ДНК-белковые кристаллы, а также с использованием синхротронного источника излучения получил рентгеновские дифракционные данные от исследуемых кристаллов. На основе этих данных будет определена кристаллическая структура.
– Проект долгоиграющий, поскольку, помимо получения кристаллических структур, теперь нужно проанализировать конформационные изменения в активном центре фермента, что даст более полную картину для понимания того, какие ингибиторы стоит разрабатывать (фермент будет связываться с ингибитором вместо поврежденной ДНК, из-за чего повреждения будут оставаться неисправленными, а значит, и воздействие антибиотиков будет усиливаться). То, что сегодня получены такие структуры, – уже хороший результат, это значит, что мы можем идти дальше по плану, – сообщил юный исследователь.
После получения дифракционных данных с высоким разрешением исследователи перешли к определению трехмерной структуры соответствующего ДНК-белкового конъюгата для анализа его активного центра. В ходе этой работы они смогут с большой точностью определить механизм реакции удаления окисленного основания в зависимости от основания напротив, разрабатывать ингибиторы для некорректной работы Nei внутри бактериальной клетки, что позволит снизить антибиотикорезистентность.
– Перспективы есть, ведь это не единственная гликозилаза бактериальной клетки, а это значит, что подобные исследования можно провести и для других ферментов такого типа. Тогда комбинированная терапия антибиотиков совместно с ингибиторами будет значительно эффективнее. Чем быстрее будет запущен СКИФ, тем быстрее мы сможем получать структуры у нас «дома», что значительно облегчит транспортировку образцов и их «съемку» на синхротроне, – заявил Никита Булгаков.
Молодой ученый уверен, что его исследование будет полезным, поскольку прием антибиотиков с ингибиторами усилит восприимчивость бактерий к антибиотикам, а значит – лечение инфекций будет более эффективным.