Ученые ТюмГУ раскрыли механизм действия природного антибиотика из почвы
В Тюменском государственном университете раскрыт механизм действия природного антибиотика, который выделяют бациллы из почвы. Уже более 30 лет известно, что вещество макролактин, А обладает антимикробным, противовоспалительным и противоопухолевым действием. И только сейчас ученые выяснили, что оно замедляет рост болезнетворных микроорганизмов, блокируя производство белков в их клетках. Об этом сообщает пресс-служба ТюмГУ.
Подобное открытие будет полезно при разработке безопасных биологических препаратов для защиты сельскохозяйственных растений и новых лекарств от инфекционных заболеваний. Результаты исследования, при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в журнале Biochimie.
По статистике, каждый год болезни, вызываемые фитопатогенами, снижают до 40% урожая сельхозкультур. Сейчас для защиты растений все больше начинают использовать микробиологические препараты. Защитные свойства этих средств основаны на конкуренции между полезными микроорганизмами и фитопатогенными. Бактерии, живущие на корнях растений, вырабатывают различные антибиотики, чтобы избавиться от конкурентов, и тем самым защищают растение.
Одно из таких веществ – макролактин, А – выделяет бактерия вида Bacillus velezensis – типичный и широко распространенный представитель нормальной микробиоты растений. До сих пор было неизвестно, на какие структуры или биохимические процессы в клетках бактерий воздействует этот антибиотик. При этом понимать механизм действия вещества необходимо, чтобы разрабатывать эффективные препараты, которые целенаправленно воздействуют на патогены, преодолевают устойчивость микробов, при этом оказывая минимальное воздействие на клетки хозяина.
Команда ученых из Тюмени, Москвы и Казани расшифровала молекулярный механизм действия макролактина, А на клетки бактерий и человека. Для этого группа из ТюмГУ выделила антимикробное вещество из продуктов обмена веществ почвенной бактерии Bacillus velezensis. Затем ученые из Казанского научного центра РАН и Казанского федерального университета исследовали вещество с помощью ядерного магнитно-резонансного спектрометра – прибора, который, воздействуя на молекулу сильным магнитным излучением, позволяет определить, какие атомы и в каком количестве ее составляют. Ученые подтвердили, что выделенный антибиотик представляет собой макролактин А,
Группа из МГУ им. М. В. Ломоносова определила, что макролактин, А подавляет синтез белков в бактериальных клетках.
Мы также получили культуру бактерий, устойчивых к макролактину А, расшифровали их геном и сравнили с геномом исходного, чувствительного к антибиотику, штамма. Изменения были в гене, который кодирует синтез фактора элонгации трансляции. Это подтвердило результаты исследований с помощью биосенсора,
Ученые также исследовали действие макролактина, А с помощью бесклеточных моделей. Эксперименты ученые провели на основе рибосом золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) и кишечной палочки (Escherichia coli). Первая бактерия имеет толстую клеточную стенку без дополнительной внешней мембраны, а вторая – тонкую, покрытую мембраной. Различие в строении клеточной стенки играет важную роль при подборе препаратов для лечения бактериальных инфекций. Результаты показали, что макролактин, А эффективен против микробов обоих типов, однако в случае со стафилококком потребовалась концентрация вещества в 50 раз больше. Также ученые исследовали действие антибиотика на 20 разных видах живых микроорганизмов. Эксперименты показали, что у некоторых бактерий макролактин, А лишь угнетал процесс размножения, тогда как других убивал.
Ученые планируют исследовать молекулу макролактина, А на уровне атомов с помощью криоэлектронного микроскопа, чтобы установить, к какой части рибосомы бактерии она прикрепляется. Также в следующих исследованиях вещество введут в образцы почвы, чтобы проанализировать изменения, которые оно вызовет в ее микробиоте.
Полученные результаты вносят значительный вклад в развивающуюся теорию о функциональной роли антибиотиков в микробном мире. Как вещество, замедляющее биосинтез белка, этот антибиотик может изменять белковый состав микробиоты в конкретной среде обитания, например, почве. Дальнейшие детальные исследования позволят спрогнозировать, какое экологическое влияние могут оказывать новые подобные антибиотики,
В исследовании участвовали сотрудники Сколковского института науки и технологий и НИИ биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича.
Ежегодно теряется 1,5 млрд тонн плодородного слоя – в РФ стартовал проект «Здоровая почва»
Микробиота почвы: как правильно оценить состояние и роль в повышении плодородия?