Ученые НГУ вырастили устойчивые к лекарствам кристаллы ДНК белков

Исследователи пытаются решить проблему, при которой бактерии теряют чувствительность к антибиотикам. Один из способов победить антибиотикорезистентности внести изменения на генном уровне через подавление одного из ферментов под названием эндонуклеаза VIII (Nei). Пространственную структуру белков и их комплексы с ДНК-субстратами изучает аспирант Никита Булгаков. Получение таких структур в скором времени будет возможно на базе ЦКП СКИФ с применением синхротронной рентгеновской дифракции.

Полученные данные должны облегчить поиск ингибиторов ферментов, которые в конечном итоге повлияют на решение проблемы антибиотикорезистентности. «ДНК живых организмов, в том числе бактерий, находится под постоянным воздействием экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) факторов, приводящих к ее повреждению. Одно из самых частых повреждений ДНК – это окисленные азотистые основания, которые необходимо исправлять. Для этого в клетке существуют специальная система эксцизионной репарации оснований. Процесс исправления ДНК многостадийный и мультиферментный. На первом этапе ключевые ферменты — ДНК-гликозилазы — узнают и удаляют поврежденное основание. Мы изучали одну из основных ДНК-гликозилаз бактериальной клетки — эндонуклеазы VIII (Nei), которая узнает и удаляет из ДНК окисленные основания пиримидинового ряда, — объяснил ассистент кафедры молекулярной биологии и биотехнологии НГУ, инженер Лаборатории белковой инженерии Факультета естественных наук, аспирант 4 курса Никита Булгаков.

Чтобы узнать, как влияют разные нокауты генов в E. coli, гены различных белков «включали» по одному и наблюдали, как это влияло на устойчивость исследуемых бактерий к антибиотикам. Было замечено, что при повышении окислительного стресса, как правило, восприимчивость бактерий к антибиотикам повышается. Когда ген эндонуклеазы VIII нокаутировали, повреждения исправлялись с гораздо меньшей степенью и возрастала восприимчивость бактерии к антибиотикам из макролидного, тетрациклинового, β-лактамного и пептидного рядов, что указывало на потенциальную возможность ингибирования фермента Nei для преодоления проблемы антибиотикорезистентности. Однако ингибиторов активности Nei на данный момент не создано. Их поиск может быть значительно облегчен информацией о пространственной структуре белков и их комплексов с субстратами. Получить данную информацию возможно посредством применения синхротронных источников излучения.

В результате своего исследования Никита Булгаков вырастил ДНК-белковые кристаллы, а также с использованием синхротронного источника излучения получил рентгеновские дифракционные данные от исследуемых кристаллов. На основе этих данных будет определена кристаллическая структура.

После получения дифракционных данных с высоким разрешением исследователи перешли к определению трехмерной структуры соответствующего ДНК-белкового конъюгата для анализа его активного центра. В ходе этой работы они смогут с большой точностью определить механизм реакции удаления окисленного основания в зависимости от основания напротив, разрабатывать ингибиторы для некорректной работы Nei внутри бактериальной клетки, что позволит снизить антибиотикорезистентность.

Проделанная работа дает начало целому циклу работ в области белковой кристаллографии, поскольку с введением в эксплуатацию ЦКП СКИФ будут требоваться сотрудники, обладающие соответствующими компетенциями для работы не только на ЦКП СКИФ, но и с дифракционными данными, полученными на этом синхротроне. Так что в целом этот проект можно назвать стратегическим, поскольку для того, чтобы получить дифракционные данные, не нужно будет обращаться в научные центры, обладающие источниками синхротронного излучения. Будет возможность проводить такие исследования, не выезжая из Новосибирска.