Человечество столкнулось с растущей угрозой устойчивости бактерий к антибиотикам – супербактериями, против которых существующие лекарства становятся бессильны. В этой гонке вооружений ученые ищут новые уязвимости в защите микробов. Недавнее исследование, опубликованное в журнале «Nature», показало, что ключ к победе могут подсказать естественные враги бактерий – вирусы-бактериофаги.
Исследователи из Калифорнийского технологического института выяснили, как различные вирусы научились отключать MurJ – ключевой белок, отвечающий за строительство клеточной стенки бактерии. Эта стенка, состоящая из прочного материала под названием пептидогликан, защищает бактерию от внешней среды. Поскольку у человека подобных структур нет, клеточная стенка давно является привлекательной мишенью для антибиотиков, таких как пенициллин.
Белок MurJ работает как молекулярный паромщик, переправляя строительные блоки для клеточной стенки изнутри клетки наружу через ее мембрану. Если остановить работу этого «паромщика», строительство прекращается, и бактерия погибает. Ученые давно рассматривали MurJ как потенциальную цель, но оставалось неясным, как именно его можно эффективно заблокировать.
Ответ пришел со стороны бактериофагов – вирусов, которые заражают бактерии. Чтобы размножиться и вырваться из захваченной клетки, им необходимо разрушить ее прочную стенку. Оказалось, что для этого многие фаги используют специальные белки, которые целенаправленно атакуют MurJ. С помощью криоэлектронной микроскопии ученым удалось в деталях рассмотреть этот процесс.
Поразительным открытием стало то, что совершенно разные, неродственные друг другу вирусы в ходе эволюции создали белки, которые блокируют MurJ абсолютно одинаковым способом. Они прикрепляются к белку и «замораживают» его в одном положении, не давая ему выполнять свою транспортную функцию. Это яркий пример конвергентной эволюции, когда природа независимо приходит к одному и тому же эффективному решению.
Тот факт, что эволюция многократно «указывала» на MurJ как на идеальную ахиллесову пяту, является мощным сигналом для фармакологов. Это убедительно доказывает, что данный белок – перспективная мишень для разработки нового поколения антибиотиков. Теперь задача ученых – создать препараты, которые будут имитировать действие вирусных белков и помогут человечеству в борьбе с самыми опасными инфекциями.