В поисках средств против супербактерий ученые обратились к истокам эволюции иммунной системы млекопитающих. Объектом внимания стал лактоферрин — защитный белок, присутствующий в грудном молоке, слезах и слюне. Его главная задача заключается в связывании железа, что лишает бактерии необходимой для размножения среды. Внутри лактоферрина находится особый фрагмент — лактоферрицин, способный пробивать мембраны патогенов и разрушать их изнутри.
Ученые реконструировали белок, которому 160 миллионов лет, и он может основой для новых антибиотиков
Биологи из Орегонского университета воссоздали древние защитные белки млекопитающих. Некоторые из этих молекул уничтожают опасные бактерии эффективнее современных аналогов и подсказывают новые способы борьбы с устойчивостью супербактерий к современным антибиотикам.
Новый древний белок. По материалам Magtira Paolo
Молекулярный «палеопротеин» для фармакологии. Метод реконструкции предковых последовательностей (Ancestral Sequence Reconstruction) позволяет биологам физически воссоздавать белки вымерших организмов, которых больше нет на Земле. Анализируя геномы ныне живущих видов, алгоритмы вычисляют наиболее вероятный состав аминокислот их общих предков. Затем искусственные гены синтезируются в лаборатории для производства реальных древних ферментов и пептидов.
Реконструкция процесса формирования антимикробной функции лактоферрина млекопитающих.
Чтобы понять, как сформировалось это уникальное свойство, авторы работы проследили историю молекулы на 160 миллионов лет назад — до общего предка плацентарных млекопитающих. С помощью алгоритма Topiary исследователи сравнили аминокислотные последовательности современного лактоферрина у человека и коров и вычислили форму его древних предков. Затем нейросеть AlphaFold2 смоделировала объемную структуру этих забытых белков.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Механизм древней защиты
Синтезировав воссозданные пептиды, команда проверила их против синегнойной и кишечной палочек, а также золотистого стафилококка. Выяснилось, что антимикробная активность возникла еще на раннем этапе эволюции и со временем усиливалась из-за накопления положительно заряженных и гидрофобных аминокислот. Ключевую роль сыграла одна-единственная замена аминокислоты. Неожиданно оказалось, что отдельные древние лактоферрицины уничтожали современные патогены успешнее своих современных вариаций.
Золотистый стафилококк под электронным микроскопом.
Исследователи подчеркивают, что до создания реальных лекарств пройдет еще немало времени, а бактерии рано или поздно приспособятся и к древним молекулам. Но понимание эволюционных траекторий поможет ученым заранее предсказывать механизмы устойчивости бактерий и разрабатывать комбинированные терапевтические схемы.
«Эволюция — это, по сути, научный эксперимент длиной в миллиарды лет. Мы видим результаты: что сработало, а что нет. Изучая, как признаки естественным образом возникают и отбираются в ходе эволюции, можно получить информацию, полезную для создания новых антимикробных инструментов», — прокомментировал старший автор исследования Мэтт Барбер.
Загружаем