: 14.03.2025

В «мусорной корзине» живой клетки обнаружен неисчерпаемый источник собственных «антибиотиков»

В живой клетке находится множество белков, состав которых непрерывно меняется: новые молекулы синтезируются, а «старые» или поврежденные расщепляются.

Утилизация ненужного белкового «мусора» осуществляется двумя способами: «перевариванием» в лизосомах – мембранных пузырьках с гидролитическими ферментами, либо разрушением протеасомами – большие белковыми комплексами из разных субъединиц. Одна из них отвечает собственно за расщепление ненужной молекулы, а остальные регулируют этот процесс, отвечая за распознавание мишени и доставку ее на расщепляющую субъединицу.

Однако на деле не все так просто. Еще в 1990-х гг. было показано, что короткие пептиды, на которые «разваливается» белок в результате работы протеасом, участвуют в регуляции иммунного ответа. Эти короткие белковые фрагменты презентируются на поверхности клетки в комплексе с белками главного комплекса гистосовместимости первого типа, помогая иммунной системе организма распознавать угрозы. А некоторые продукты частичной деградации белков протеасомами являются биологически активными молекулами, к примеру, исполняя роль регуляторов транскрипции (считывания информации с ДНК на РНК).

Несколько лет назад ученые из Института имени Вейцмана (Израиль) разработали технологию, которая позволила им проинспектировать «мусорный бак» протеасомы. В процессе сбора данных о продуктах распада белков при различных заболеваниях они обнаружили, что многие из таких белковых фрагментов соответствуют уже известным антимикробным пептидам – компонентам врожденного иммунитета, первой линии защиты от бактерий, вирусов и паразитов. Ранее считалось, что такие пептиды образуются в результате работы ферментов-протеаз, но оказалось, что вырабатывают их протеасомы в ходе своей обычной деятельности.

Ученые доказали роль протеасом в борьбе с патогенами в эксперименте на клеточных культурах человека, которые заражали бактериями из рода сальмонеллы. В тех клетках, где работу протеасом блокировали (либо разрушали вырабатываемые ими пептиды), бактерии размножались намного быстрее, чем в контрольных. Более того: оказалось, что при бактериальных инфекциях выработка антимикробных пептидов усиливается! Исследователи также выяснили, какая из регуляторных субъединиц протеасомы отвечает за приоритетную выработку таких пептидов.

Используя специальные алгоритмы, ученые оценили, сколько «скрытых» противомикробных пептидов может содержаться в белках человека. Оказалось, что 92% генов человека содержат по крайней мере один такой пептид, так что в целом речь идет о сотнях тысяч потенциальных «антибиотиков», которые могут высвобождаться протеасомами в процессе деградации белков.

Из всего пула потенциально полезных пептидов исследователи отобрали сначала около тысячи, способных разрушать мембраны. А из этой выборки – десять потенциальных «лидеров» и десять – наименее подходящих, антимикробную активность которых затем сравнили на нескольких видах бактерий.

Результативность применения одного из этих пептидов анализировали в эксперименте на мышах, зараженных синегнойной палочкой. Благодаря такому лечению численность бактерий в организме животных понизилась, а повреждение тканей уменьшилось, что повысило выживаемость. Эффект от применения антимикробного пептида оказался сравним с действием известных сильных антибиотиков.

Таким образом, ученые фактически открыли новый механизм врожденной иммунной защиты. А также огромный источник природных антимикробных средств, за которыми не надо отправляться в далекие путешествия. Пептиды – продукты работы наших собственных протеасом – могут стать реальной альтернативой традиционным антибиотикам.

Фото: https://commons.wikimedia.org

Публикации по теме:

Гражданская наука: охота за антибиотиками

«Молекулярное сверло» антибиотика

НАНОайболиты. Бактериофаги как альтернатива антибиотикам в ветеринарии

: 14.03.2025