Учените разкриха как вирусите, които заразяват бактериите, блокират MurJ: протеин, който е от съществено значение за изграждането на бактериалната клетъчна стена. Забележително е, че различни вируси са развили отделни протеини, които блокират MurJ по един и същ начин, което го превръща в обещаваща нова мишена за антибиотици.

Бактериите еволюират бързо и тази адаптивност подхранва нарастващата криза в общественото здравеопазване. Както обяснява професорът по биохимия Бил Клемънс, „Еволюцията е мощна сила и при бактериите резистентността към антибиотици се развива бързо. Това означава, че сега се сблъскваме с бактерии, които са резистентни към всички лекарства, с които разполагаме“. Той добавя: „Само в САЩ десетки хиляди хора умират всяка година от бактериални инфекции, резистентни към антибиотици, и този брой бързо нараства. Нуждаем се от нови антибиотици, за да се борим с това“.

Тъй като съществуващите лекарства губят ефективността си, изследователите търсят изцяло нови слаби места на бактериите.

От дълго време насам фокусът е върху пътя, по който бактериите изграждат пептидогликан – твърдия материал, който формира клетъчната им стена. Този процес, наречен пътя на биосинтезата на пептидогликан, е особено привлекателен, защото пептидогликан се среща в бактериите, но не и в човешките клетки. Както отбелязва Клемънс, „пептидогликанът е уникална характеристика на бактериите, което го прави привлекателна мишена за антибиотиците“.

Няколко антибиотици вече нарушават този път. Пеницилинът, открит от Александър Флеминг в средата на ХХ век, блокира късен етап от производството на пептидогликан. Сродни лекарства като амоксицилин действат по подобен начин.

Три основни протеина управляват движението на пептидогликановите градивни елементи през вътрешната мембрана на бактериите: MraY, MurG и MurJ. Тези протеини помагат за транспортирането на компонентите, необходими за сглобяването на клетъчната стена извън бариерата на вътрешната мембрана. Ако някой от тях не функционира, пептидогликанът не може да бъде произведен и бактерията умира, което ги прави обещаващи мишени за лекарства.

Въпреки че изследователите разбират много за функционирането на тези протеини, Клемънс посочва, че важни механични детайли остават неясни.

Към момента няма одобрени лекарства, които директно да инхибират тези три протеина. Все пак Клемънс казва, че има потенциал. „Знаем, че можем да намерим малки молекули, произведени от природата или синтезирани в химически библиотеки, които ще инхибират тези протеини. Вълнуващо е, че последните открития показват, че бактериофагите са разбрали как да се насочат към този път.“

Бактериофагите, или фагите, са вируси, които заразяват бактериите. За да оцелеят, те трябва да проникнат в бактериалната клетка, да се размножат и след това да избягат, за да заразят други. Избягването изисква преминаване през пептидогликановия слой. Клемънс обяснява: „За да излязат, те трябва да преминат през пептидогликановия слой. Тъй като той действа като верижна броня, фагите засядат, ако не могат да го пробият.“

Лабораторията на Клемънс изучава малки фаги, които съдържат едноверижна ДНК или РНК. Тези вируси имат компактни геноми и разчитат на прости стратегии за унищожаване на бактериите. През 2023 г. екипът публикува статия в сп. Science за φX174: фаг с дълга история на изследвания в Калифорнийския технологичен институт.

Клемънс казва, че резултатът е бил изненадващ и по друга причина. „Тези пептиди, които нямат еволюционна връзка помежду си, са открили как да атакуват MurJ по много подобен начин. Това са два примера за конвергентна еволюция, при която различни еволюционни пътища достигат до едно и също решение. Бяхме изненадани!“

Тъй като вирусите еволюират бързо, екипът смята, че много други фаги вероятно носят подобни Sgls. Фагите са относително лесни за изолиране и изучаването на техните геноми може да разкрие допълнителни биологични познания и нови антибиотични цели.

В проучването на Nature изследователите анализираха друг фагов геном с помощта на свой колега. Те идентифицираха нов Sgl, наречен SglCJ3 (от геномна последователност, за която се предполага, че е фаг и се нарича Changjiang3), и го изследваха с помощта на криоелектронна микроскопия. Ли определи структурата на SglCJ3, свързан с MurJ, и откри, че той също фиксира протеина в същата конформация, обърната навън.

„Това е трети геном, който е развил отличителен пептид, за да инхибира същата мишена по подобен начин“, казва Клемънс. „Това е първото силно доказателство, че еволюцията идентифицира MurJ като чудесна мишена за убиване на бактерии, което означава, че трябва да следваме примера на еволюцията и да разработваме терапевтични средства, насочени към MurJ. Това демонстрира силата на фундаменталната биология да ни помага да решаваме проблеми в медицината. Нашият път е насочен към използване на откритието на Sgl и се надяваме да продължим да получаваме подкрепа, за да превърнем тези концепции в реалност.“

Снимка: Pexels

Виж още: Yettel предоставя безплатен роуминг за абонатите си в държави от Близкия изток