Российские ученые нашли механизм защиты туберкулезных бактерий
Российские ученые описали фермент, который помогает микобактериям туберкулеза уходить в «спячку» и лучше переживать действие иммунитета и антибиотиков. Открытие может помочь в создании новых препаратов против скрытых форм инфекции.
Источник: Маргарита Шлеева / ФИЦ Биотехнологии РАН. Авторы «экспериментальной» части. Слева направо: Александр Савицкий, Дарья Багаева, Галина Демина, Маргарита Шлеева, Михаил Агафонов.
МОСКВА, 6 мая. /Новости науки/. Российские ученые обнаружили фермент, который помогает микобактериям туберкулеза создавать защитные молекулы, укреплять клеточную мембрану и переходить в состояние покоя. В таком режиме бактерии хуже поддаются действию антибиотиков и могут сохраняться в организме годами после лечения. Об открытии ученых сообщает пресс-служба Российского научного фонда.
«Поскольку описанный фермент активен именно при переходе микобактерий в состояние покоя, он может служить мишенью для разработки препаратов от туберкулеза. Если заблокировать его, бактерия не сможет перейти в покоящееся состояние и станет чувствительной к действию иммунной системы и антибиотиков», — рассказала руководитель проекта, доктор биологических наук, заведующая лабораторией биохимии стрессов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН Маргарита Шлеева.
Туберкулез вызывают бактерии Mycobacterium tuberculosis. Их опасная особенность состоит в том, что после заражения они могут уходить в долгую «спячку». В этом состоянии клетки почти не размножаются, но становятся устойчивее к стрессу, иммунной атаке и лекарствам. Из-за этого болезнь иногда возвращается спустя годы после внешне успешного лечения.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2024 году туберкулезом болели 10,7 млн человек. Поэтому ученые ищут не только способы убивать активные бактерии, но и механизмы, которые позволяют им прятаться в организме.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН изучили вещество, которое накапливается в клетках микобактерий при переходе в покой. Оно называется тетраметиловый эфир копропорфирина. Это сложная кольцевая молекула, которая встраивается в клеточную стенку бактерии.
Такая молекула делает мембрану жестче и помогает клетке снизить активность дыхания. Проще говоря, бактерия замедляет обмен веществ и переходит в энергосберегающий режим. В нем она лучше переносит неблагоприятные условия.
До сих пор было неясно, как микобактерии создают это вещество. Авторы работы нашли фермент, который превращает копропорфирин в его тетраметиловый эфир. Для этого ученые сначала выбрали возможных кандидатов по белковым базам данных, а затем проверили их в экспериментах на микобактериях.
Если бактерии производили этот фермент в избытке, они накапливали защитной молекулы в девять раз больше нормы. Такие клетки лучше выживали в условиях, которые имитировали атаку иммунной системы и действие антибиотиков. Если фермент отключали, бактерии хуже синтезировали защитные молекулы и хуже выживали. При этом ученые считают, что у микобактерий есть и другие ферменты со сходной функцией, которые частично дублируют этот путь.
Компьютерное моделирование показало, что фермент работает необычно. Авторы сравнили этот механизм с «молекулярной каруселью»: копропорфирин попадает в активный центр фермента, поворачивается внутри него, и на молекулу по очереди присоединяются четыре метильные группы. Так бактерия получает готовую защитную молекулу напрямую, без длинной цепочки промежуточных стадий.
Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules. Исследование поддержал Российский научный фонд. Следующий этап — найти все ферменты этого биохимического пути и проверить, как тетраметиловый эфир копропорфирина влияет на опасность туберкулезных и нетуберкулезных микобактерий в экспериментах на моделях инфекции у мышей.
«Поскольку описанный фермент активен именно при переходе микобактерий в состояние покоя, он может служить мишенью для разработки препаратов от туберкулеза. Если заблокировать его, бактерия не сможет перейти в покоящееся состояние и станет чувствительной к действию иммунной системы и антибиотиков», — рассказала руководитель проекта, доктор биологических наук, заведующая лабораторией биохимии стрессов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН Маргарита Шлеева.
Туберкулез вызывают бактерии Mycobacterium tuberculosis. Их опасная особенность состоит в том, что после заражения они могут уходить в долгую «спячку». В этом состоянии клетки почти не размножаются, но становятся устойчивее к стрессу, иммунной атаке и лекарствам. Из-за этого болезнь иногда возвращается спустя годы после внешне успешного лечения.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2024 году туберкулезом болели 10,7 млн человек. Поэтому ученые ищут не только способы убивать активные бактерии, но и механизмы, которые позволяют им прятаться в организме.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН изучили вещество, которое накапливается в клетках микобактерий при переходе в покой. Оно называется тетраметиловый эфир копропорфирина. Это сложная кольцевая молекула, которая встраивается в клеточную стенку бактерии.
Такая молекула делает мембрану жестче и помогает клетке снизить активность дыхания. Проще говоря, бактерия замедляет обмен веществ и переходит в энергосберегающий режим. В нем она лучше переносит неблагоприятные условия.
До сих пор было неясно, как микобактерии создают это вещество. Авторы работы нашли фермент, который превращает копропорфирин в его тетраметиловый эфир. Для этого ученые сначала выбрали возможных кандидатов по белковым базам данных, а затем проверили их в экспериментах на микобактериях.
Если бактерии производили этот фермент в избытке, они накапливали защитной молекулы в девять раз больше нормы. Такие клетки лучше выживали в условиях, которые имитировали атаку иммунной системы и действие антибиотиков. Если фермент отключали, бактерии хуже синтезировали защитные молекулы и хуже выживали. При этом ученые считают, что у микобактерий есть и другие ферменты со сходной функцией, которые частично дублируют этот путь.
Компьютерное моделирование показало, что фермент работает необычно. Авторы сравнили этот механизм с «молекулярной каруселью»: копропорфирин попадает в активный центр фермента, поворачивается внутри него, и на молекулу по очереди присоединяются четыре метильные группы. Так бактерия получает готовую защитную молекулу напрямую, без длинной цепочки промежуточных стадий.
Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules. Исследование поддержал Российский научный фонд. Следующий этап — найти все ферменты этого биохимического пути и проверить, как тетраметиловый эфир копропорфирина влияет на опасность туберкулезных и нетуберкулезных микобактерий в экспериментах на моделях инфекции у мышей.
