Американские ученые показали, какие мутантные штаммы кишечной палочки более чувствительны к антибиотику рифампицину. На основе этого они подробнее описали механизм его действия, а полученные данные помогут получить более эффективные антибиотики. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Антибиотики могут замедлять рост бактерий, попадая внутрь их клеток и связываясь со специфическими мишенями в них. Однако бактерии способны вырабатывать устойчивость к антибиотикам: у них возникают мутации в генах, кодирующих мишени, и из-за этого лекарство начинает хуже связываться со своей мишенью. При этом чем чаще антибиотики применяются, тем выше вероятность того, что в пуле случайных мутаций возникнет та, которая сделает бактерию резистентной. Из-за этой угрозы ученые пытаются найти новые антибиотики. Один из подходов таких исследований — изучение устойчивых к антибиотикам мутантов, так как таким образом можно понять, как преодолеть устойчивость.
В новой работе ученые использовали технологию мультиплексного автоматического редактирования геномов (MAGE), чтобы создать полный набор возможных мутаций в участке связывания антибиотика рифампицина в кишечной палочке. Мишенью этого антибиотика является одна из субъединиц РНК-полимеразы — фермента, который может синтезировать РНК, используя ДНК в качестве матрицы. Ученые создали 760 мутантов кишечной палочки, заменяя каждую из 38 аминокислот, из которых состоял сайт связывания рифампицина, последовательно каждой из 20 существующих аминокислот. Затем исследователи оценивали рост мутантов при разных условиях. Они выяснили, что два мутанта, L521Y и T525D, гиперчувствительны к рифампицину. Антибиотик не просто останавливает рост этих бактерий, но и убивает их, чего обычно не происходит. Ученые считают, что их результаты могут быть полезны в будущем химикам, которые смогут модифицировать рифампицин так, чтобы повысить его эффективность. Аналогичный метод может быть использован и для того, чтобы понять, как сделать рифампицин эффективнее против других групп бактерий.
В ходе исследования ученые также смогли лучше понять механизм действия рифампицина. Когда антибиотик связывается с РНК-полимеразой, он останавливает ее движение. Это может приводить к несостыковкам и несогласованностью между РНК-полимеразой и другими молекулярными машинами, которые используются клеткой для репликации ДНК. В результате в обеих цепочках ДНК возникают разрывы, что смертельно для бактерий.
Исследователи также обнаружили, что некоторые мутации приводили к тому, что РНК-полимераза начинала двигаться быстрее и активнее синтезировать РНК. При этом она могла использовать в качестве «строительных блоков» не уже готовые нуклеотиды, а их предшественников — например, пиримидины. Это явление поможет лучше понять механизм действия некоторых препаратов, которые выступают аналогами нуклеотидов, например противоракового лекарства 5FU.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
