Ученые знали о протеасоме, но не знали, что он способен на это.
Раньше я думала, что мы уже открыли всё, что нужно. А потом поняла — мы даже не представляем, сколько еще не знаем. Даже когда кажется, что все ясно, появляется новое открытие, которое переворачивает всё с ног на голову.
Например, мы вроде бы хорошо понимаем, как работает наша иммунная система, но ученые только что открыли новую роль для «мусорных корзин» наших клеток — протеасом. Это открытие может перевернуть всю медицину: оно обещает не только новый источник антибиотиков, но и возможное решение проблемы растущей устойчивости микробов к лекарствам.
Что такое протеасом
Речь идет о протеасоме — структуре, находящейся внутри каждой клетки организма, которая составляет около 1–2% от общего белкового состава клетки.
Протеасомы, которые прозвали «мусорными корзинами» клеток, представляют собой белковые комплексы, измельчающие старые и погибшие белки на мелкие кусочки — пептиды. Эти пептиды затем перерабатываются в новые белки. Всего протеасомы ответственны за разрушение примерно 70% всех клеточных белков.
Однако еще в 1990-х исследователи обнаружили, что некоторые пептиды, находящиеся на поверхности клеток, помогают иммунной системе распознавать угрозы — например, зараженные клетки. Но в полной мере оценить значимость этого процесса удалось лишь недавно — благодаря техническому прогрессу.
Несколько лет назад профессор Ифат Мербль и её коллеги из Института Вейцмана в Израиле разработали инновационную методику с использованием технологии CRISPR. Она позволила исследовать протеасомы внутри клеток и получать данные о функциях клетки, которые ранее были скрыты.
(Интересный факт: Институт Вейцмана был основан за 14 лет до образования государства Израиль.)
Методику команда официально называет "Mass spectrometry Analysis of Proteolytic Peptides (MAPP)" — анализ протеолитических пептидов с помощью масс-спектрометрии. Но неофициально они называют это «копанием в мусорке», потому что буквально роются в клеточных отходах в поисках информации.
Используя эту методику, исследователи отслеживали, как протеасомы реагируют на различные болезни, такие как рак и волчанка, собирая данные о разрушении пептидов.
Тогда, как объяснила Мербль в пресс-релизе Института Вейцмана:
«Мы взглянули на все данные в совокупности и спросили себя: а могут ли продукты деградации выполнять дополнительную роль, помимо представления иммунной системе?»
И вот тут началось самое интересное: команда с удивлением обнаружила, что многие из разрушенных протеасомами пептидов совпадают с ранее известными антимикробными пептидами — важнейшими элементами первой линии иммунной защиты организма.
По определению Всемирной организации здравоохранения:
«Антимикробные препараты — включая антибиотики, противовирусные, противогрибковые и противопаразитарные средства — это лекарства, используемые для предотвращения и лечения инфекционных заболеваний у людей, животных и растений.»
Ранее считалось, что такие антимикробные пептиды вырабатываются ферментами-протеазами, которые разрушают белки на аминокислоты. Но теперь, благодаря новым данным Мербль и её команды, возникает другая картина.
Новое исследование
Новое исследование было опубликовано 10 марта 2025 года в журнале Nature. Международная группа исследователей под руководством Мербль провела серию экспериментов, чтобы проверить: выполняют ли протеасомы какие-либо дополнительные функции.
Оказалось, что протеасомы сами производят антимикробные пептиды, которые раньше приписывали только протеазам.
Более того, ученые выяснили: в норме протеасомы вырабатывают эти пептиды постоянно, но при бактериальной инфекции значительно увеличивают их производство.
Первая серия экспериментов
В одном из опытов ученые подавили активность протеасом в одной группе человеческих клеток, а другую группу оставили без изменений. Затем обе группы заразили сальмонеллой, чтобы наблюдать за реакцией.
Результат: в клетках с неработающими протеасомами бактерии сальмонеллы активно размножались.
В другом опыте бактерии тоже хорошо себя чувствовали, если вырабатываемые пептиды уничтожались, даже несмотря на нормальную работу протеасом.
Мербль заявила в пресс-релизе:
«Раньше мы вообще не знали о связи между активностью протеасом и выработкой этих пептидов. Наши эксперименты показали, что протеасомы — ключевой элемент этой защитной системы.»
Вторая серия экспериментов
Затем эксперименты перенесли на мышей, зараженных бактериями, вызывающими сепсис и пневмонию. Ученые наблюдали за реакцией их протеасом.
Оказалось, что пептиды, вырабатываемые протеасомами, значительно уменьшали количество бактерий, снижали повреждения тканей и повышали выживаемость мышей.
Проще говоря, протеасомы способны распознавать бактериальное заражение клетки, перестраиваться и превращать старые белки в оружие против бактерий, помогая заживлению организма.
Удивительные итоги
Исследователей поразило два момента:
- Пептиды, естественным образом создаваемые организмом, при введении в больших дозах эффективно борются с опаснейшими инфекциями.
- Эффективность этих пептидов сопоставима с действием мощных антибиотиков.
Ученые задумались: а сколько еще неоткрытых антимикробных пептидов может быть скрыто в человеческом организме?
Третья серия экспериментов
С помощью специального алгоритма ученые проанализировали все известные белки, вырабатываемые человеческим телом, и стали искать среди них пептиды с возможными антимикробными свойствами.
Результат ошеломил: такие пептиды были найдены в 92% всех белков.
Более точно, алгоритм нашел более 270 000 ранее неизвестных антимикробных пептидов, создаваемых протеасомами. Это — огромный, ранее неиспользуемый резервуар натуральных антибиотиков, который может быть использован для создания новых лекарств.
Новый источник антибиотиков
Появление нового источника антибиотиков особенно важно, учитывая кризис устойчивости микробов к лечению — проблему, от которой ежегодно умирают миллионы людей.
Когда бактерии и вирусы становятся устойчивыми к лекарствам, эти лекарства перестают работать. Болезни труднее лечить, и они распространяются сильнее.
Теперь ученые обнаружили, что внутри нашего собственного тела хранится «сокровищница» потенциальных антибиотиков.
Мербль сказала в интервью BBC News:
«Это действительно захватывающе, потому что мы даже не подозревали, что такое возможно. Мы открыли новый механизм иммунной защиты, работающий во всех клетках тела, создающий целый новый класс натуральных антибиотиков.»
В пресс-релизе она добавила:
«Эта база данных пептидов открывает новое направление в разработке персонализированных методов лечения инфекций и других заболеваний.»
Пептиды можно будет модифицировать, чтобы, например, усилить иммунитет у онкобольных или пациентов после пересадки органов.
Медицинская революция
Такое открытие может даже революционизировать медицину. Как объясняет доктор Линдси Эдвардс, старший преподаватель микробиологии из Королевского колледжа Лондона:
«Это потенциальное золото для поиска новых антибиотиков. Раньше мы искали их в почве, а теперь они прямо внутри нас. Всё упирается в технологии, позволяющие их обнаружить.»
Поскольку эти вещества уже естественно вырабатываются организмом, риск их отторжения минимален, что упрощает разработку лекарств.
Иммунолог Дэниел Дэвис из Имперского колледжа Лондона добавил:
«Это крайне интересное и провокационное открытие, оно меняет само понимание того, как работает иммунитет. Это ранее неизвестный механизм выработки антимикробных молекул в клетках. Это потрясающе.»
В то же время он предостерегает от поспешных выводов: все еще нужно время и дополнительные исследования, прежде чем новые препараты поступят в практику.
Новый взгляд на старое
Вот видите? Мы думали, что протеасомы — всего лишь «уборщики» клетки. А они — ещё и воины, уничтожающие микробов.
И это лишь одно из многих открытий, ставших возможными благодаря новым технологиям. Иногда именно самые мелкие вещи оказываются способными изменить всё.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos