Новые антибиотики будут эффективнее благодаря прорыву в области криоэлектронной микроскопии

Фотография: iStockPhoto

| Владимир Корягин

Российские ученые вместе с зарубежными коллегами приблизили создание новых классов антибиотиков, достигнув прорыва в области криоэлектронной микроскопии.

О статье, которая рассказывает о прорыве в области криоэлектронной микроскопии и опубликована в престижном научном журнале Nature, «Газете.Ru» рассказал один из ее авторов — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией биосинтеза белка Отделения молекулярной и радиационной биофизики Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт», старший научный сотрудник НИК «Нанобиотехнологии» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Андрей Коневега.

— Андрей Леонидович, в чем важность опубликованной работы?

— Первая декада текущего столетия ознаменовалась определением структуры бактериальной рибосомы методами рентгеновской кристаллографии. Значимость этих исследований была признана международным научным сообществом, и в 2009 году троим ученым, внесшим наибольший вклад, была присуждена Нобелевская премия по химии.

Несмотря на прогресс, достигнутый кристаллографами, возможности метода криоэлектронной микроскопии гораздо шире и до недавнего времени были ограничены техническими возможностями, в том числе и более низким разрешением. Данная работа — это «переломный» момент, первый пример получения структуры функционального рибосомного комплекса с разрешением выше, чем получено кристаллографическими методами.

— В чем состоит главный вывод работы? В чем его новизна?

— В данной работе впервые разрешение, то есть точность определения пространственной структуры рибосомного комплекса, полученной методом криоэлектронной микроскопии (2.65–2.9 Å), превышает разрешение структуры, ранее полученной методом рентгеновской кристаллографии. Данная пространственная структура впервые содержит все модифицированные основания рибосомной РНК, которые ранее не были включены в структуры по причине недостаточной точности. В работе объяснена роль модифицированных оснований в тонкой регулировке функций рибосомы и в механизме действия антибиотиков.

— Как выводы, приведенные в статье, помогут биологам?

— Бактериальные рибосомы — важнейшая мишень современной антибиотикотерапии. Более половины применяемых сегодня антибиотиков ингибируют различные этапы биосинтеза белка на рибосомах. Проблемы, с которыми уже сейчас сталкиваются медики во всех странах мира, связаны с появлением бактериальных штаммов, устойчивых к применяемым антибиотикам. Поэтому разработка новых классов антибиотиков и модификация уже существующих представляют актуальную проблему современной биологии и фармацевтики. Знание структурной организации рибосом необходимо для разработки новых эффективных антибактериальных препаратов.

— Какие методы при этом использовались?

— Криоэлектронная микроскопия — современный метод, суть которого заключается в изучении структуры биологических объектов, замороженных при температуре жидкого азота (−196°C), при помощи электронного микроскопа.

За последние годы достигнут существенный прогресс в развитии как аппаратной части, так и в разработке специализированных методов компьютерной обработки получаемых изображений. Для получения структуры высокого разрешения недостаточно уметь применять современную технику микроскопии, не менее важно подготовить правильный образец для исследования. Рибосома осуществляет точное декодирование генетической информации мРНК с высокой скоростью. Для изучения структуры процесс декодирования необходимо остановить в нужный момент.

В мои задачи, помимо разработки стратегии эксперимента, входило получение функционального рибосомного комплекса, зафиксированного в момент декодирования.

— Где проводились изыскания?

— Работы проводились в одном из ведущих научно-исследовательских центров Германии — Институте биофизической химии Научно-исследовательского общества им. Макса Планка в городе Геттинген, также в работе участвовали сотрудники Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова в Гатчине и специалисты из Университета Геттингена.

Современная наука междисциплинарна и интернациональна: для проведения исследований зачастую объединяются ученые различных специальностей из разных стран.

Практически вся данная работа проведена в Институте биофизической химии, некоторые препараты были получены в российской лаборатории. Однако опубликованная работа — это лишь незначительная часть наших научно-исследовательских проектов по изучению молекулярных механизмов биосинтеза белка и разработке новых антибиотиков. Часть исследований выполняется полностью на российских площадках, часть — в сотрудничестве с нашими коллегами из зарубежных научных центров. Работы, выполняемые в российских лабораториях, финансируются НИЦ «Курчатовский институт», а также за счет грантов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Российского научного фонда (РНФ).