Антивитамины могут стать заменой антибиотикам
Еще несколько лет назад антибиотики были самым мощным оружием против бактериальных патогенов. Но их неконтролируемое использование привело к тому, что у все большего числа болезнетворных бактерий развивается резистентность к противомикробным препаратам.
В 2018 году Всемирная организация здравоохранения объявила, что самые распространенные резистентные бактерии — кишечная палочка (Escherichia coli), возбудитель пневмонии (Klebsiella pneumoniae), золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), пневмококк (Streptococcus pneumoniae) и сальмонеллы (Salmonella spp) — антибиотиков больше не боятся.
Свой вклад в эту работу внесли микробиолог Фабиан фон Паппенгейм и его коллеги. Они использовали потребность бактерий в витаминах и, возможно, натолкнулись на перспективное направление, которое со временем может привести к появлению противомикробных препаратов, не относящихся к антибиотикам.
Вспышки инфекций, устойчивых к действию различных антибиотиков, появляются все чаще и уже сегодня приводят к гибели около 700 тысяч человек в год. На сегодняшний день значительные усилия биологов и медиков по всему миру направлены на поиск эффективной замены антибиотикам.
Витамины жизненно важны для всего живого: они используются при построении клеточных компонентов, кусочков тканей и запуска клеточных процессов. По соседству с витаминами существуют органические соединения, которые отличаются по химическому строению от витаминов всего на один атом, однако обладают противоположным биологическим действием. Они носят название антивитамины.
Именно схожесть химического строения витаминов и антивитаминов помогла в борьбе с бактериями. Упрощенно, антивитамины «обманывают» биологические системы, заставляя их «думать», что это одни и те же молекулы, в действительности являясь катастрофически неисправными заменителями, становясь токсичными для бактерий, которые их проглотили.
«Всего один дополнительный атом в антивитамине действует как песчинка в сложной зубчатой системе, блокируя ее точно настроенную механику», — Кай Титтман, соавтор исследования из Геттингенского университета в Германии.
Сегодня описаны три встречающихся в природе антивитамина — розеофлавин (RoF, антивитамин В2), гингкотоксин (GT, антивитамин В6) и 2-метиокси-тиамин (MTh, антивитамин В1).
Исследователи использовали кристаллографию белков E. coli и ферментов человека, чтобы увидеть, как антивитамин MTh действует на кишечную палочку как токсин. Они обнаружили, что метильная часть молекулы (CH3) заменяется метоксигруппой (O-CH3), которая больше по размеру и нарушает метаболические реакции, в которых обычно принимает участие витамин B1.
Он отщепляет глутамат белка от остальной его молекулы, что приводит к прилипанию глутаматов друг к другу и предотвращает их участие в реакциях. Используя компьютерное моделирование, команда также обнаружила, что эквивалентные человеческие белки, похоже, не подвержены влиянию витамина-самозванца.
«Белки человека либо вообще не связываются с антивитамином, либо не отравляются им», — Берт де Гроот, соавтор исследования из Института Макса Планка.
Это означает, что, по крайней мере, антивитамин MTh может быть использован для нарушения важнейших функций соответствующих им витаминов у бактерий, оставляя человеческие системы нетронутыми. «На сегодня трудно предсказать, как и каким образом бактерии могли бы выработать устойчивость к MTh», — добавляют ученые.
Дальнейшие исследования должны показать, смогут ли антивитамины стать эффективными лекарствами против инфекционных заболеваний, совершив еще одну революцию в битве с патогенными бактериями.