Флуоресцентные маячки помогут искать слабые места в грибковых клетках
Российские ученые предложили быстрый способ проверять, как дрожжевые клетки реагируют на противогрибковые вещества. Метод поможет дешевле и быстрее искать новые препараты против грибковых инфекций.
Источник: Виктория Бидюк / ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН. Схематическое изображение клеточных функций, за которые отвечают отобранные белки.
МОСКВА, 30 мая. /Новости науки/. Ученые разработали метод, который позволяет быстро выявлять уязвимые процессы в грибковых клетках и оценивать действие новых противогрибковых соединений. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Результаты исследования, поддержанного тремя грантами РНФ, опубликованы в журнале Communications Biology.
Грибковые инфекции остаются серьезной угрозой для здоровья. По данным авторов работы, от них ежегодно умирает более 1,5 млн человек в мире. Среди опасных заболеваний — грибковые пневмонии и легочный аспергиллез. Проблему усиливает устойчивость грибов к существующим лекарствам. При этом классов противогрибковых препаратов мало.
Чтобы найти новые мишени для лекарств, ученые изучают, какие процессы особенно важны для жизни грибковой клетки. Но классические методы, включая протеомный анализ и скрининг мутантных библиотек, требуют много времени и дорогого оборудования.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН вместе с коллегами предложили более простой подход. Они использовали пекарские дрожжи как модель грибковой клетки. Эти клетки быстро делятся, легко растут в лаборатории и хорошо подходят для таких экспериментов.
Сначала ученые выбрали 64 белка, которые отвечают за ключевые процессы в клетке. Среди них — синтез аминокислот, защита от окислительного стресса, выведение токсичных веществ, энергетический обмен и клеточное деление.
Затем авторы взяли 64 штамма дрожжей. В каждом из них один важный белок был соединен с зеленым флуоресцентным белком GFP. Такой белок работает как «маячок»: при облучении синим лазером он светится зеленым светом.
После этого ученые воздействовали на клетки 12 веществами. Среди них были уже известные противогрибковые препараты и новые соединения, которые еще мало изучены. Специальный прибор измерял, как меняется свечение клеток.
Если клетка сталкивается с токсичным веществом, она меняет работу своих белков. Поэтому изменение свечения показывает, какие клеточные процессы включаются или подавляются в ответ на препарат.
Метод позволил быстро получить данные по 12 веществам и лучше понять, как они действуют. В частности, ученые описали ранее неизвестный механизм действия алкилцитидинов. Это новый класс соединений с противогрибковой активностью. Их эффективность ранее показали в том числе против грибков, которые поражают предметы искусства и картины.
Исследование показало, что при действии алкилцитидинов активируется биосинтез ароматических аминокислот. Этот процесс связан с системами антиоксидантной защиты клетки. Такой путь есть у грибов, растений и бактерий, но отсутствует у человека и животных. Поэтому препараты, нацеленные на него, могут избирательно действовать на грибки и не затрагивать клетки человека.
«Наш подход позволяет оценивать клеточный ответ на противогрибковое соединение без трудоемкого протеомного анализа: достаточно измерить свечение клеток панели из 64 штаммов. Это быстрее и дешевле, чем полная протеомика, и, что важнее, дает информацию о клеточных процессах, вовлеченных в ответ на лекарство. Мы можем быстро выявлять соединения с новыми механизмами действия, а не просто получать данные “вещество убивает грибную клетку или нет”. Метод отлично работает на модельных дрожжах, и в будущем мы надеемся расширить набор белков для более детальной характеристики механизмов действия отдельных соединений», — сказал участник проектов РНФ, доктор биологических наук, руководитель группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Михаил Агафонов.
В работе также участвовали сотрудники Российского университета дружбы народов, НИИ по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе и Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.
Метод исследования: анализ свечения GFP-меченых белков в панели из 64 штаммов пекарских дрожжей после воздействия 12 противогрибковых соединений.
Результаты исследования, поддержанного тремя грантами РНФ, опубликованы в журнале Communications Biology.
Грибковые инфекции остаются серьезной угрозой для здоровья. По данным авторов работы, от них ежегодно умирает более 1,5 млн человек в мире. Среди опасных заболеваний — грибковые пневмонии и легочный аспергиллез. Проблему усиливает устойчивость грибов к существующим лекарствам. При этом классов противогрибковых препаратов мало.
Чтобы найти новые мишени для лекарств, ученые изучают, какие процессы особенно важны для жизни грибковой клетки. Но классические методы, включая протеомный анализ и скрининг мутантных библиотек, требуют много времени и дорогого оборудования.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН вместе с коллегами предложили более простой подход. Они использовали пекарские дрожжи как модель грибковой клетки. Эти клетки быстро делятся, легко растут в лаборатории и хорошо подходят для таких экспериментов.
Сначала ученые выбрали 64 белка, которые отвечают за ключевые процессы в клетке. Среди них — синтез аминокислот, защита от окислительного стресса, выведение токсичных веществ, энергетический обмен и клеточное деление.
Затем авторы взяли 64 штамма дрожжей. В каждом из них один важный белок был соединен с зеленым флуоресцентным белком GFP. Такой белок работает как «маячок»: при облучении синим лазером он светится зеленым светом.
После этого ученые воздействовали на клетки 12 веществами. Среди них были уже известные противогрибковые препараты и новые соединения, которые еще мало изучены. Специальный прибор измерял, как меняется свечение клеток.
Если клетка сталкивается с токсичным веществом, она меняет работу своих белков. Поэтому изменение свечения показывает, какие клеточные процессы включаются или подавляются в ответ на препарат.
Метод позволил быстро получить данные по 12 веществам и лучше понять, как они действуют. В частности, ученые описали ранее неизвестный механизм действия алкилцитидинов. Это новый класс соединений с противогрибковой активностью. Их эффективность ранее показали в том числе против грибков, которые поражают предметы искусства и картины.
Исследование показало, что при действии алкилцитидинов активируется биосинтез ароматических аминокислот. Этот процесс связан с системами антиоксидантной защиты клетки. Такой путь есть у грибов, растений и бактерий, но отсутствует у человека и животных. Поэтому препараты, нацеленные на него, могут избирательно действовать на грибки и не затрагивать клетки человека.
«Наш подход позволяет оценивать клеточный ответ на противогрибковое соединение без трудоемкого протеомного анализа: достаточно измерить свечение клеток панели из 64 штаммов. Это быстрее и дешевле, чем полная протеомика, и, что важнее, дает информацию о клеточных процессах, вовлеченных в ответ на лекарство. Мы можем быстро выявлять соединения с новыми механизмами действия, а не просто получать данные “вещество убивает грибную клетку или нет”. Метод отлично работает на модельных дрожжах, и в будущем мы надеемся расширить набор белков для более детальной характеристики механизмов действия отдельных соединений», — сказал участник проектов РНФ, доктор биологических наук, руководитель группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Михаил Агафонов.
В работе также участвовали сотрудники Российского университета дружбы народов, НИИ по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе и Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.
Метод исследования: анализ свечения GFP-меченых белков в панели из 64 штаммов пекарских дрожжей после воздействия 12 противогрибковых соединений.
