25.05.2015

Кобра-антибиотик

Яды животных представляют собой смесь множества пептидов и белков, которые обладают разной биологической активностью.

Свойства каждого из них весьма интересны и требуют изучения. Яды некоторых насекомых и змей содержат мембраноактивные цитотоксины, то есть короткие пептиды и небольшие белки, токсичные для клеток, включая и раковые. Поскольку цитотоксины обладают и антибактериальной активностью, их свойства удобнее исследовать на микроорганизмах, работать с которыми проще и дешевле, чем с культурами животных клеток.

Специалисты Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Высшей школы экономики, изучив влияние нескольких цитотоксинов из ядов кобр на бактериальные клетки, предположили, какие особенности структуры токсина определяют его активность.

Цитотоксины ядов кобр имеют характерную, так называемую трехпетельную, структуру – из ядра молекулы, стабилизированного дисульфидными связями, выступают три полипептидных петли (см. рисунок). Учёные исследовали влияние нескольких цитотоксинов египетской, монoклевой и среднеазиатской кобр на кишечную палочку, золотистый стафилококк и бактерию Micrococcus luteus. Эти микроорганизмы выбраны потому, что, хотя они и вызывают заболевания, с ними можно работать в обычных лабораторных условиях.

Оказалось, что три из пяти токсинов в микромолярных концентрациях подавляют рост M. luteus.

Исследователи предположили, что цитотоксины вызывают гибель бактерии, проникая в клеточную мембрану и дестабилизируя её. Способность внедряться в мембрану зависит, по-видимому, от гидрофобности кончиков петель токсина. Но прежде чем достичь мембраны, цитотоксин должен пробиться сквозь плотную внешнюю защитную стенку бактерий, включающую липополисахаридный слой (например, в кишечной палочке) или полимер пептидогликан (в золотистом стафилококке). Способность «проходить сквозь стены» зависит от степени гидрофобности цитотоксина, общего положительного заряда молекулы (он должен быть более девяти), его распределения по поверхности токсина и некоторых других свойств. Имеет значение и строение пептидогликановой оболочки: у золотистого стафилококка оно несколько иное, чем у M. luteus, поэтому токсины кобры на стафилококк не действуют.

Итак, предсказать функциональную активность цитотоксинов исключительно в зависимости от их структуры не получится, необходимо принять во внимание взаимодействие пептида с клеточной мембраной бактерий и их пептидогликановым слоем. Для мембраноактивных пептидов и белков, таких как цитотоксины, подобная стратегия будет успешной.

Работу исследователей поддержали РФФИ и программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология».

Источники:

1. km.ru