Новое вещество применят для разрушения болезнетворных бактерий

Биохимики обнаружили новое соединение, выделяемое бактериями Lysobacter capsici и обладающее антимикробными свойствами, — амидазу Ami. В экспериментах она разрушала клетки болезнетворных устойчивых к антибиотикам микробов, в том числе представителей рода Bacillus, среди которых возбудители сибирской язвы, а также патогенные штаммы, вызывающие пищевые отравления.

По своим свойствам новое соединение превосходит ранее описанные амидазы бактерий и бактериофагов — вирусов, заражающих бактерии, — и может использоваться для разработки ферментных антимикробных препаратов, к которым микроорганизмы еще не выработали устойчивость, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Бактериолитические ферменты разрушают связи в основном структурном компоненте клеточных стенок бактерий — пептидогликане, — благодаря чему их можно использовать в качестве основы для создания антимикробных препаратов нового поколения. Важные продуценты таких ферментов — бактерии, выделяющие их во внеклеточное пространство. При этом среди бактерий есть уникальные виды, которые способны производить комплексы внеклеточных бактериолитических ферментов с разным действием в отношении связей пептидогликана. Одна из таких бактерий — Lysobacter capsici.

Ученые из Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН (Пущино) выделили новый бактериолитический фермент бактерии Lysobacter capsici. Сначала с помощью современных биоинформатических методов авторы сравнили два штамма одного вида бактерии Lysobacter capsici, один из которых был активным и выделял внеклеточные бактериолитические ферменты, а второй был малоактивным и утратил эту способность. 

Оказалось, что в клетках активного штамма экспрессия (работа) 1584 генов была выше, чем в клетках малоактивного штамма. Ученые также обнаружили, что в питательной среде, где выращивались бактерии, концентрация 25 внеклеточных белков у активного штамма была значительно выше, чем у малоактивного штамма. Именно среди этих белков оказался новый, не известный ранее для этого микроорганизма бактериолитический фермент амидаза Ami. Работа гена, отвечающего за синтез этого фермента, в клетках активного штамма оказалась в 324 раза выше, а уровень производства самой амидазы — в 284 раза выше, чем у малоактивного варианта. Исследователи предположили, что амидаза Ami может определять антимикробные свойства активного штамма Lysobacter capsici.

На следующем этапе ученые получили фермент Ami в достаточном количестве для его всестороннего изучения. Для этого с использованием оригинальных молекулярно-генетических подходов авторы «заставили» клетки Lysobacter capsici нарабатывать необходимое количество амидазы Ami. Фермент продемонстрировал высокую антимикробную активность в отношении ряда патогенных бактерий, включая устойчивые к антибиотикам штаммы. Особенно эффективно он разрушал клетки бактерий рода Bacillus, среди которых возбудитель сибирской язвы и штаммы, вызывающие пищевые отравления.

Исследователи также установили, какие именно связи в пептидогликане различных бактерий разрушает амидаза Ami. Знать это важно для характеристики фермента в качестве перспективного для медицины антимикробного соединения. Таким образом, дальнейшее изучение амидазы будет направлено на создание новых отечественных ферментных антимикробных препаратов, не имеющих на данный момент аналогов.

«В результате нерегулируемого использования антибиотиков бактерии приобретают к ним устойчивость. Поэтому поиск новых противомикробных препаратов остается актуален. Обнаруженное нами соединение позволит разработать принципиально новый эффективный ферментный антимикробный препарат. В дальнейшем мы планируем изучить на молекулярном уровне механизм разрушения бактериолитическими ферментами клеточной стенки бактерий. Это приблизит нас к разработке таких лекарственных препаратов, в составе которых будут ферменты с заданными антимикробными свойствами», — рассказала руководитель проекта Ирина Кудрякова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биохимии клеточной поверхности Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН.

 Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Scientific Reports.