Эволюция – явление, позволяющее всем формам жизни адаптироваться к меняющимся условиям среды. Ещё в 1990-х годах лаборатория, возглавляемая Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold), начала эксперименты, призванные исследовать возможности управления этим процессом.
Такое вмешательство в природные процессы, называемое направленной эволюцией, может привести к серьёзным прорывам в фармакологии и других науках.
Демонстрация направленной эволюции принесла профессору Арнольд в 2018 году Нобелевскую премию по химии, а сейчас её научная группа из Калифорнийского технологического института начала использовать разработанный ранее метод для создания антибиотиков.
Команда сосредоточилась на типе молекулярной структуры, известной как бета-лактамное кольцо. Это важная часть молекулы многих широко применяемых антибиотиков, например, пенициллина. Так называемые бета-лактамные антибиотики мешают строительству клеточной стенки бактерий, таким образом эффективно уничтожая их.
Однако произвести такие кольца совсем не просто. Для этого необходимо сделать петлю из молекулы в виде цепи таким образом, чтобы она располагалась посередине цепи.
Обычно химикам приходится добавлять "направляющие" частицы, которые определяют место формирования петель. Без таких дополнительных частиц длинная молекула будет образовывать петли хаотично, они будут иметь разный размер, а это мешает производству антибиотиков.
Кроме того, на финальной стадии процесса производства "направляющие" частицы необходимо удалять, что усложняет технологию и повышает вероятность возникновения ошибок.
Исследователи решили упростить процедуру получения лактамов, "перепоручив" её ферменту. Применив технику направленной эволюции, они усовершенствовали фермент цитохром P450 в клетках кишечной палочки таким образом, что он получил возможность образовывать бета-лактамы.
Учёными были выведены и две другие модифицированные версии этого фермента, которые могли создавать лактамы с кольцами иных размеров (так называемые гамма- и дельта-лактамы).
"Мы разрабатываем новые ферменты со свойствами, не встречающимися в природе. Лактамы являются частью многих лекарств, в особенности антибиотиков, а мы всегда нуждаемся в новых", – отмечает в пресс-релизе одна из авторов нового исследования Инха Чхо (Inha Cho).
Авторы эксперимента утверждают, что модифицированный ими цитохром P450 крайне эффективен: одна его молекула может произвести до миллиона молекул бета-лактамов.
Это самые производительные модифицированные ферменты, которые когда-либо создавались в лаборатории под руководством Арнольд. Кроме того, они уже готовы к массовому производству, что несомненно является хорошей новостью, учитывая то, с какой скоростью бактерии развивают устойчивость даже к самым новым и современным антибиотикам.
Результаты научной работы группы Фрэнсис Арнольд опубликованы в издании Science.
К слову, ранее авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о наноматериале, способном стать альтернативой антибиотикам, и о том, какие ещё способы борьбы с потенциально опасными бактериями разработали учёные.
Чтобы быть в курсе последних научных достижений, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.
Мы продолжим следить за новостями в области медицины и биохимии и далее, а пока предлагаем узнать, как учёным удалось сделать давно известный антибиотик эффективным в борьбе с супербактериями.
