Охота на бактерии: российские ученые создали «умную» платформу для ускоренной разработки антибиотиков

Международный коллектив исследователей во главе с учеными из Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) имени Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» представил новые результаты в области молекулярной биологии и фармакологии. Разработанная ими платформа позволяет в режиме реального времени наблюдать за работой рибосом — сложнейших молекулярных комплексов, отвечающих за синтез белка в живых клетках. Данный метод направлен на ускорение процессов создания новых антибиотиков и онкопрепаратов.

Технология «теплового» движения

В основе новой платформы лежит метод микротермофореза. Суть процесса заключается в использовании микрокапилляров (тончайших стеклянных трубок), внутри которых создается градиент температуры с помощью инфракрасного лазера. Под воздействием тепла меченые светящиеся молекулы начинают перемещаться, причем скорость и направление их движения напрямую зависят от размера, заряда и структуры оболочки.

Главная сложность для ученых заключалась в том, чтобы подобрать такие флуоресцентные метки, которые бы не мешали естественной работе рибосомы и других участников процесса трансляции. Исследователям удалось найти оптимальные красители и разработать быстрый, бюджетный способ мечения рибосом, сохранив при этом все их биологические свойства.

Зачем нужно анализировать рибосомы?

Трансляция (процесс превращения генетической информации в белки) является жизненно необходимой для существования бактерий. Именно поэтому большинство существующих антибиотиков нацелены на блокировку работы рибосом: когда синтез белка нарушается, микроорганизм погибает.

Однако проблема современной медицины — растущая устойчивость (резистентность) бактерий. Микроорганизмы эволюционируют, меняя структуру своих молекул так, чтобы лекарства перестали на них действовать. Чтобы преодолеть эту защиту, ученым необходимо детально понимать каждое молекулярное взаимодействие внутри клетки. До недавнего времени такие исследования требовали либо сложного оборудования, либо использования опасных радиоактивных меток, что замедляло процесс. Новая платформа решает эти проблемы, предлагая точный и безопасный метод анализа.

От фундаментальной науки к фармацевтике

В ходе испытаний ученые с помощью новой технологии изучили первый, самый сложный этап сборки рибосомы и связывания её с матричной РНК. Эксперименты помогли уточнить роли отдельных вспомогательных белков в этом процессе.

Платформу уже успешно протестировали на различных соединениях, подавляющих жизнедеятельность бактерий:

• ДНК-аптамерах;
• антимикробных пептидах;
• классических антибиотиках.

Новая технология позволила мгновенно оценить силу связывания этих веществ с рибосомой, что делает её важным инструментом для первоначального скрининга потенциальных лекарств.

Будущее: мРНК-вакцины и борьба с раком

Проект был реализован при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) совместно с коллегами из Перуанского университета прикладных наук и Института биологического интеллекта Макса Планка в Германии. Результаты исследования уже опубликованы в научном журнале International Journal of Molecular Sciences.

По словам руководителя проекта, кандидата физико-математических наук Дарьи Виноградовой, разработанный метод — это фактически готовый продукт для фарминдустрии.

Таким образом, платформа может стать фундаментом для создания препаратов следующего поколения, способных бороться с заболеваниями, которые сегодня считаются трудноизлечимыми.