Группа учёных из ИТЭБ РАН выяснила механизм токсического
действия фузарицидинов - микробных липопептидов, содержащихся в домашней пыли.
Обнаружено, что положительный заряд на липидном «хвосте» делает их опасными для
всех млекопитающих. Ранее фузарицидины рассматривали в качестве перспективных антибиотиков.
В борьбе за пищевые ресурсы и микроэлементы, микроорганизмы
ведут постоянную войну друг с другом, вырабатывая как новые антибиотики, так и
варианты ферментов для защиты от них. Однако бесконтрольное использование
антибиотиков (для самолечения, в животноводстве), а также лечения в
стационарах, приводит к тому, что патогенные микроорганизмы со временем
приспосабливаются к ним. Это грозит появлением штаммов, устойчивых ко всем
известным антибиотикам (панрезистентные штаммы), способных вызвать эпидемии
планетарного масштаба. Поэтому, пока не найдена достойная альтернатива
антибиотикам, учёные будут постоянно работать над поиском и созданием новых
антимикробных соединений.
На роль перспективных антибактериальных агентов давно
рассматривают фузарицидины и родственные им вещества (LI-F). Их производят
микроорганизмы, которые подавляют развитие патогенных грибков и могут защищать
сельхозкультуры. Сами соединения фузарицидинового типа признаны
высокотоксичными по отношению к патогенным грибкам и грамположительным
бактериям. То есть обладают качествами потенциальных антибактериальных средств
нового поколения.
Но с фузарицидинами оказалось все не так просто. Ранее
финские учёные из университетов городов Хельсинки и Аалто под руководством
Мирьи Салкинои-Салонен в ходе многолетнего исследования доказали, что домашняя
пыль, содержащая споры и частицы колоний с продуктами жизнедеятельности
микробов, может вызывать развитие самых разных патологий при длительном
воздействии. При этом ветхие и поврежденные влагой дома и промышленные здания
представляют наибольшую опасность для жильцов и персонала. Проведенный ими
мониторинг зданий, в которых наблюдался повышенный уровень заболеваемости
персонала (различного генеза), а также гибель сельскохозяйственных животных,
показал наличие продуцентов фузарицидинов и родственных веществ в пылевых
частицах. Экстракты из колоний продуцентов фузарицидинов оказались чрезвычайно
токсичны для клеток млекопитающих.
Группа учёных из Института теоретической и экспериментальной
биофизики РАН решила выяснить механизм токсического действия соединений фузарицидинового
типа на клетки млекопитающих. Статья об этом недавно вышла в журнале
Biomolecules.
Комментирует один из авторов исследования, старший научный
сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Алексей
Круглов: «Мы показали, что фузарицидины (A-D) и родственные им соединения LI-F
являются высокотоксичными для клеток млекопитающих. Механизм токсического
действия связан с образованием пор в поляризованных (заряженных) мембранах
клетки, таких как плазматическая мембрана и внутренняя мембрана митохондрий.
Исходя из полученных данных, можно заключить, что положительно заряженный
гуанидиновый остаток на конце гибкого липидного хвоста молекул фузарицидинов
является локомотивом, который втаскивает аминокислотное кольцо в заряженную мембрану,
где и образуется пора. Сходные по строению, но лишенные положительного заряда
на хвосте соединения (типа антибиотика полимиксина B) обладают в сотни раз
меньшей токсичностью по отношению к клеткам млекопитающих».
Подводя итог своей работе, авторы исследования отмечают, что
относительно практического применения фузарицидинов в будущем получено две
хороших новости и одна плохая. Плохая состоит в том, что фузарицидины и
соединения LI-F, по-видимому, нельзя использовать в качестве антибиотиков для
лечения людей и животных. Кроме того, результаты исследования могут поставить
крест на использовании фузарицидин-продуцирующих микроорганизмов для
биоконтроля патогенов сельскохозяйственных культур.
Хорошая новость в том, что учёные нашли удобный инструмент
для решения задач своего текущего научного проекта, связанного с исследованием
неспецифической митохондриальной поры (мРТР). Также положительным эффектом они
считают открывшуюся в ходе исследования перспективу разработать на основании
структуры фузарицидинов молекулярный транспортер для доставки различных
соединений в митохондрии. Это, по их мнению, может быть интересным для решения
различных биоинженерных задач.
Рисунок: встраивание
молекул фузарицидина в митохондриальную и
плазматическую мембраны и образование неселективных пор.
Источник:
Raimo Mikkola, Maria Andersson, Ekaterina Kharechkina, Svetlana Kruglova, and
Alexey Kruglov. Fusaricidin-Type Compounds Create Pores in Mitochondrial and
Plasma Membranes of Mammalian Cells. Biomolecules. 2019 Sep; 9(9): 433.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6770722/
Материал подготовила: Наталья Быкова
Пресс-служба ИТЭБ РАН,
iteb-press@yandex.ru