Mikroskopia krio-elektronowa wysokiej rozdzielczości, szczegółowo ujawniła mechanizmy oporności bakterii na erytromycynę. Mechanizmy te obejmują zmiany strukturalne w rybosomie bakteryjnym.
Rys.1 Wzór strukturalny erytromycyny
Wielooporne patogeny bakteryjne, które są niewrażliwe na praktycznie wszystkie dostępne antybiotyki, są jednym z największych wyzwań w zakresie zdrowia publicznego naszych czasów. Pytanie, jak rozwija się oporność na różne antybiotyki, jest przedmiotem badań prowadzonych przez biochemika Daniela Wilsona i jego kolegów z Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) w Monachium. W czasopiśmie Molecular Cell możemy przeczytać, że Daniel i jego zespół wykorzystali wysokiej rozdzielczości mikroskop krio-elektronowy w celu uzyskania wglądu w ultrastrukturalne zmiany wewnątrzkomórkowe związane z nabyciem oporności na antybiotyk – erytromycynę.
,,Lepsze zrozumienie tego mechanizmu jest ważnym krokiem w kierunku rozwoju nowych, silniejszych antybiotyków” – mówi Wilson.
Celem erytromycyny są rybosomy bakteryjne – nanomaszyny odpowiedzialne za tłumaczenie sekwencji RNA do białka – zapobiega to tym samym syntezę białek niezbędnych do dalszego rozwoju i przetrwania. Bakterie mogą stać się oporne na antybiotyk w wyniku spontanicznej mutacji lub pobierając odpowiedni „gen oporności” od innej bakterii za pomocą wymiany genetycznej. Jednakże, jak wyjaśnia Wilson, ,,niezbędne geny oporności są często aktywowane tylko wtedy, gdy jest to konieczne (to jest gdy antybiotyk jest obecny w środowisku) i tak zwane liderowe lub sygnałowe peptydy (startery) odgrywają istotną rolę w procesie”. Peptydy liderowe regulują ekspresję genu oporności, w odpowiedzi na obecność leków. Gdy lek jest obecny, wiąże się on w tunelu rybosomu i współdziała z elementami translacyjnymi peptydu liderowego, aby hamować syntezę białek. Zatrzymywanie polekowe prowadzi do zmiany konformacji strukturalnej mRNA. Powoduje to odsłonięcie miejsca wiązania rybosomu, umożliwiając dostęp do sekwencji nukleotydów, kodującej czynnik oporności.
,,Interakcja między antybiotykami i peptydami liderowymi zachodzi na poziomie strukturalnym, dokładnie tak aby spowodować zatrzymanie pracy rybosomu; pozostaje ona niejasna” – mówi Wilson. Badacze uprzednio wykazali, że peptyd sygnałowy kodowany przez ermBL mRNA nie oddziałuje bezpośrednio z erytromycyną. Zamiast tego, peptyd sygnałowy przyjmuje specyficzną konformację w obecności antybiotyku, która blokuje i hamuje centrum aktywne rybosomu. ,,Ponieważ nie ma innych peptydów sygnałowych oprócz liderowego ErmBL, zainteresowaliśmy się odkryciem czy bakterie stosują te same mechanizmy, czy mają różne sposoby działania” – wyjaśnia Wilson. W ich badaniu naukowcy skorzystali z ostatniego przełomu technologicznego: „Dzięki zastosowaniu nowego detektora udało nam się zwiększyć rozdzielczość z 4,5 Å do 3,5 Å co sprawia, że wcześniej ukryte detale są widoczne.” – powiedział Wilson.
Analizy wykazały, że peptyd liderowy ErmCL stosuje zupełnie inny mechanizm sygnalizowania obecności antybiotyku. W przeciwieństwie do swojego odpowiednika ErmBL, ErmCL oddziałuje bezpośrednio z antybiotykiem. W konsekwencji, w pewnym punkcie w trakcie translacji, konformacja miejsca aktywnego rybosomu jest zniekształcona w taki sposób, że dalsze wydłużanie powstającego peptydu staje się niemożliwe. Wilson jest przekonany, że dokładne zrozumienie mechanizmów reagowania na antybiotyki będzie stymulować rozwój bardziej skutecznych antybiotyków w przyszłości. On i jego grupa planują teraz jeszcze bardziej zwiększyć rozdzielczość w ich mikroskopie krio- elektronowym, a następnie użyć go do zbadania struktury rybosomów, których praca została zatrzymana przez inne środki chemiczne.
- Stefan Arenz, Sezen Meydan, Agata L. Starosta, Otto Berninghausen, Roland Beckmann, Nora Vázquez-Laslop, Daniel N. Wilson.Drug Sensing by the Ribosome Induces Translational Arrest via Active Site Perturbation. Molecular Cell, 2014; DOI: 1016/j.molcel.2014.09.014
- http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141013090229.htm
Opracowała: Magdalena Kulińska
Korekta: Monika Bryczkowska
