Учёные расшифровали механизм действия природного антибиотика макролактина А, который выделяют почвенные бациллы. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biochimie.
В ходе исследования Диана Дилбарян выполняет операции с культурой бактерий.
Ежегодно до 40% урожая агрокультур теряется Из-за болезней, вызванных фитопатогенами — болезнетворными грибами и бактериями, сейчас для защиты сельскохозяйственных культур применяют не только синтетические агрохимикаты — пестициды, многие из которых причиняют вред природе и здоровью человека, но и микробиологические средства. Защитные свойства таких препаратов основаны на конкуренции между полезными микроорганизмами и фитопатогенными. Бактерии, обитающие на корнях растений, вырабатывают различные антибиотики для устранения конкурентов и тем самым защищают растение.
Одним из таких веществ является макролактин А, выделяемый бактериями данного вида. Bacillus velezensis Это обычное и часто встречающееся существо для здоровой растительной микрофлоры. Макролактин А. известен С конца прошлого века используется антибиотик, замедляющий рост широкого круга бактерий, включая возбудителей болезней растений, животных и человека. Соединение обладает противовоспалительным и противоопухолевым действием. Неизвестно, на какие структуры или биохимические процессы в клетках бактерий воздействует антибиотик. Понимание механизма действия вещества необходимо для разработки эффективных препаратов, которые целенаправленно действуют на патогены, преодолевают устойчивость микробов и оказывают минимальное воздействие на клетки хозяина.
Учёные из Тюмени, Москвы и Казани. определил Механизм действия макролактина А на бактерии и человеческие клетки изучают исследователи. Тюменского государственного университета В Тюмени обнаружили антимикробное вещество, выделенное из обменных продуктов почвенной бактерии. Bacillus velezensis. Затем ученые из Казанского научного центра РАН (Казань) и Казанского федерального университета В Казани с помощью ядерного магнитно-резонансного спектрометра изучили вещество. Прибор определяет состав молекул под воздействием сильного магнитного излучения. Ученые подтвердили, что выделенный антибиотик – это макролактин А.
Группа из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Москва установила, что макролактин А подавляет синтез белков в бактериальных клетках. Процесс сборки цепочки белка из аминокислот осуществляется молекулярной машиной – рибосомой. В её составе находится фактор элонгации Tu, отвечающий за продвижение рибосомы по матричной РНК – «инструкции» по синтезу белков. Макролактин А оказывает влияние именно на этот фактор элонгации. Данное открытие сделано с помощью системы биосенсоров, которая указывает на то, что антибиотик нарушает: ДНК или процесс синтеза белка.
«Мы также получили Исследователи расшифровали геном бактерий, устойчивых к макролактину А, и сравнили его с геномом исходного штамма, чувствительного к антибиотику. В отличие от исходного штамма, в геноме устойчивого штамма имелись изменения в гене, отвечающем за синтез фактора элонгации трансляции. Полученные результаты подтвердили данные исследований с помощью биосенсора. Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дарья Пошвина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории антимикробной резистентности ТюмГУ, рассказывает.
В ходе исследований ученые изучили влияние макролактина А на бесклеточные модели, где антибиотик действовал непосредственно на рибосомы различных микробов. Staphylococcus aureus) и кишечной палочки (Escherichia coliПервая бактерия имеет толстую клеточную стенку без дополнительной внешней мембраны, а вторая — тонкую, покрытую мембраной. Различие в строении клеточной стенки важно при подборе препаратов для лечения бактериальных инфекций. Результаты показали, что макролактин А эффективен против микробов обоих типов, но в случае со стафилококком потребовалась концентрация вещества в 50 раз больше. Также ученые исследовали действие антибиотика на 20 разных видах живых микроорганизмов. Эксперименты показали, что у некоторых бактерий макролактин А лишь угнетал процесс размножения, тогда как других убивал.
Исследователи протестировали воздействие макролактина А на клетках человеческой кожи, выращенных в лабораторных условиях. Эксперименты показали низкую токсичность вещества, которая сопоставима с его аналогом – азитромицином, применяемым в медицине для лечения бронхитов. Потенциально безвредное для человека действие макролактина А позволит использовать антибиотик при создании безопасных препаратов для защиты растений в сельском хозяйстве.
Ученые собираются изучить молекулу макролактина А на атомном уровне с помощью криоэлектронного микроскопа для определения участка рибосомы бактерии, к которому она присоединяется. В последующих экспериментах вещество внесут в почвенные образцы для анализа его влияния на микробную жизнь земли.
Результаты вносят существенный вклад в теорию о функциональной роли антибиотиков в микробном мире. Как вещество, замедляющее биосинтез белка, этот антибиотик может изменять белковый состав микробиоты в конкретной среде, например, почве. Полноценные исследования позволят спрогнозировать экологическое влияние новых подобных антибиотиков. — говорит Алексей Васильченко, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией антимикробной резистентности ТюмГУ, участник проекта, поддержанного грантом РНФ.
В исследовании принимали участие сотрудники Сколковского института науки и технологий (Москва) и Институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича. (Москва).
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.