ARN polimerază și antibiotice - MedMix
Cum trebuie proiectate antibioticele, astfel încât bacteriile să nu devină rezistente la ele? Grupul de cercetare din jurul prof. Dr. Paul Rösch de la Universitatea din Bayreuth a făcut un pas fundamental în răspunsul la această întrebare.
Pentru prima dată, proteina gigantică ARN polimerază și partenerii săi de interacțiune ar putea fi examinați în detaliu utilizând spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară (spectroscopia RMN). Rezultatele au fost publicate acum în „Rapoarte științifice”. Cercetătorii speră să obțină cunoștințe suplimentare de la un spectrometru unic la nivel global de 1 GHz cu un câmp magnetic protejat activ, care va fi instalat în curând în campusul Bayreuth.
Apărarea împotriva bacteriilor este, în general, o provocare majoră în medicină
În prezent, una dintre cele mai mari provocări în medicină este apărarea împotriva bacteriilor, împotriva cărora toate antibioticele disponibile în prezent sunt ineficiente. Majoritatea acestor antibiotice sunt direcționate împotriva pereților celulari bacterieni și a componentelor lor sau interferează cu sinteza proteinelor bacteriene. Antibioticele mai noi, pe de altă parte, sunt îndreptate împotriva copierii informațiilor genetice bacteriene. Problema este aceeași: unele bacterii dezvoltă mecanisme care le protejează împotriva acestor substanțe - de fapt mortale -. Devii rezistent.
O șansă ca medicina să se împace cu această situație constă în dezvoltarea de noi substanțe active care întrerup procesele fundamentale din celula bacteriană.
Un exemplu de astfel de proces este translația informațiilor genetice stocate în ADN într-o secvență de ARN. Aceasta este o formă de informații genetice care poate fi utilizată pentru producerea de proteine. Procesul de traducere cunoscut sub numele de transcripție, care este catalizat de ARN polimeraza (RNAP), este extrem de complex și este controlat precis de alte proteine bacteriene care se leagă de ARN polimeraza. Multe detalii despre acest mecanism de traducere bacteriană sunt în prezent necunoscute. Cu toate acestea, cunoștințe mai precise ar putea într-o zi să permită construirea țintită a substanțelor active care paralizează chiar această mașină - și să împiedice bacteriile să devină rezistente.
Pentru prima dată cu Spectroscopie RMN studiat: interacțiunea proteinelor mici cu ARN polimeraza intactă
Tocmai în acest moment investigațiile spectroscopice RMN ale grupului de cercetare condus de prof. Dr. Paul Rösch, care a condus la noile rezultate publicate în „Scientific Reports” - un jurnal al „Nature Publishing Group”. Structurile spațiale, tridimensionale ale moleculelor implicate în transcriere au fost deja examinate prin analiza structurii cu raze X și microscopie electronică. Comparativ cu aceste tehnici, totuși, spectroscopia RMN se caracterizează prin faptul că interacțiunile dintre molecule și dinamica structurilor moleculare sunt relativ ușor de investigat. Astfel de procese joacă în special un rol decisiv în transcriere. Prin urmare, înțelegerea lor este esențială pentru dezvoltarea țintită a antibioticelor.
Cu spectroscopia RMN pot fi detectate numai anumite tipuri de atomi (izotopi) non-radioactivi, care sunt încorporate în proteine prin metode biologice moleculare. Acești izotopi servesc drept sonde și oferă informații importante despre structurile moleculare și schimbările la care sunt supuse aceste structuri. Până în prezent, spectroscopia RMN putea fi utilizată doar pentru proteinele mici și mijlocii. Grupul de lucru Bayreuth a găsit acum modalități de a face molecula de ARN polimerază foarte mare și extrem de complexă accesibilă pentru investigare prin spectroscopie RMN.
Oamenii de știință de la Bayreuth au folosit o tehnică specială pentru a marca exclusiv grupuri de atomi specifici, foarte mobili, care apar doar în blocuri individuale de proteine într-o manieră molecular-biologică definită cu izotopi activi RMN. Aceste grupuri au fost observabile în ciuda dimensiunii proteinelor și au servit oamenii de știință ca sonde în proteina totală. În același timp, a fost posibil să se producă în mod individual cele cinci subunități din care este formată ARN polimeraza, să le marcheze individual și apoi să reasambleze întreaga proteină. În acest fel, a fost, de asemenea, posibil să se detecteze în mod specific o singură subunitate în întreaga ARN polimerază.
Într-un prim experiment a fost posibil să se arate la care dintre subunități se leagă anumite proteine. Într-un al doilea pas, se folosește în prezent un proces de marcare analogică pentru a determina cum vor arăta zonele de contact dintre proteinele de legare și RNAP.
Noțiuni de bază pentru dezvoltarea țintită a noilor ingrediente active
„Cu metodele pe care le-am dezvoltat, dorim să investigăm cât mai exact posibil interacțiunile dintre RNAP bacterian și proteinele mai mici care se leagă de acesta. Împreună cu descoperirile noastre publicate anterior cu privire la interacțiunea dintre transcriere și biosinteza proteinelor, vom obține o imagine bună a modului în care funcționează procesele de reglare bacteriană. Mai presus de toate, vom obține informații despre modul în care aceste procese diferă de mecanismele corespunzătoare la oameni. Ne așteptăm ca pe această bază să fie posibil să se proiecteze noi antibiotice la care bacteriile nu pot deveni rezistente ”, explică liderul grupului de lucru Bayreuth Dr. Stefan Knauer. Modul în care ar putea arăta noile ingrediente active care perturbă sistemul bacterian, dar lasă sistemul uman neafectat poate fi elucidat în continuare cu noua abordare a cercetării.