У фермента-«охотника» обнаружили молекулярный «якорь». Без этого элемента его действие на бактерии существенно ослабляется. Данное открытие может оказаться полезным в разработке нового поколения ферментных антибиотиков.
Антимикробный фермент Blp получил уникальную «систему наведения». Ученые выявили в его структуре небольшой участок, который позволяет белку сначала прикрепляться к клеточной стенке бактерии, а затем инициировать разрушительный процесс. Основные компоненты этого молекулярного «якоря» составляют два аминокислотных остатка — тирозин в позиции 160 и аспарагин в позиции 136.
Исследование было проведено учеными Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Скрябина РАН совместно с коллегами из Сколковского института науки и технологий и Института белка РАН. Результаты работы опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Сначала найти врага — потом разрушить ее стенку
Фермент Blp производится бактерией-паразитом перца Lysobacter capsici. В природе такие молекулы помогают ей соперничать с другими микроорганизмами за пространство и ресурсы. По сути, Blp можно назвать частью химического арсенала этой бактерии.
Для исследователей этот фермент особенно интересен по другой причине: он способен разрушать клеточные стенки грамположительных бактерий, среди которых есть и некоторые потенциально опасные для человека микроорганизмы. Эти ферменты рассматриваются как потенциальные инструменты для разработки новых антимикробных средств на фоне растущей устойчивости к антибиотикам.
Механизм действия Blp на базовом уровне был известен: фермент расщепляет пептидогликан — прочную сетчатую структуру, поддерживающую форму клеточной стенки многих бактерий. Однако оставался важный вопрос: как молекула находит нужную поверхность и удерживается на ней достаточно долго, чтобы начать разрушение? Ответ, как выяснилось, скрывался в отдельном участке белка.
У фермента обнаружили молекулярный «якорь»
Blp представляет собой белок с одним доменом. В нем расположен активный центр — участок, который непосредственно участвует в химической реакции. Однако рядом исследователи нашли еще одну функциональную область, которая, по-видимому, и отвечает за первичный контакт с клеточной стенкой. Такая структура белка представляет особый интерес. Подобный принцип ранее описывался только для одного бактериолитического фермента — псевдоальтерина, найденного у морской бактерии Pseudoalteromonas.
Чтобы разобраться в устройстве Blp, ученые сопоставили пространственные структуры белков и применили методы молекулярного моделирования. Расчеты указали на возможный участок взаимодействия с бактериальной клеткой. Важную роль в нем, вероятно, играют гидрофобные взаимодействия.
Если объяснять проще, отдельные участки поверхности белка и клеточной стенки стремятся «сойтись» друг с другом на основе своих физико-химических характеристик. Это больше похоже на точную стыковку двух поверхностей, где множество мелких контактов вместе обеспечивают надежное сцепление.