RNA polymeráza a antibiotiká - MedMix
Ako treba navrhnúť antibiotiká, aby sa baktérie nestali rezistentnými voči nim? Výskumná skupina okolo Prof. Dr. Paul Rösch z University of Bayreuth urobil zásadný krok vpred v odpovedi na túto otázku.
Prvýkrát sa mohla obrovská proteínová polymeráza RNA a jej interakční partneri podrobne preskúmať pomocou nukleárnej magnetickej rezonančnej spektroskopie (NMR spektroskopie). Výsledky boli teraz zverejnené vo vedeckých správach. Vedci dúfajú, že získajú ďalšie poznatky z globálne jedinečného 1 GHz spektrometra s aktívne tieneným magnetickým poľom, ktorý bude čoskoro nainštalovaný v areáli Bayreuthu.
Ochrana pred baktériami je vo všeobecnosti hlavnou výzvou v medicíne
Jednou z najväčších výziev v medicíne je v súčasnosti obrana proti baktériám, proti ktorým sú všetky v súčasnosti dostupné antibiotiká neúčinné. Väčšina z týchto antibiotík je zameraná proti bunkovým bunkovým stenám a ich zložkám, alebo interferuje so syntézou bakteriálnych proteínov. Novšie antibiotiká sú naopak zamerané proti kopírovaniu bakteriálnej genetickej informácie. Problém je rovnaký: niektoré baktérie vyvinú mechanizmy, ktoré ich chránia pred týmito - skutočne smrteľnými - látkami. Stanete sa odolnými.
Jedna šanca, ako sa liek s touto situáciou vyrovná, spočíva vo vývoji nových účinných látok, ktoré prerušujú základné procesy v bakteriálnej bunke.
Príkladom takého procesu je preklad genetickej informácie uloženej v DNA do sekvencie RNA. Toto je forma genetickej informácie, ktorú je možné použiť na produkciu bielkovín. Proces translácie známy ako transkripcia, ktorá je katalyzovaná RNA polymerázou (RNAP), je veľmi zložitý a je presne riadený inými bakteriálnymi proteínmi, ktoré sa viažu na RNA polymerázu. Mnoho podrobností o tomto mechanizme bakteriálneho prekladu nie je v súčasnosti známych. Presnejšie vedomosti by však jedného dňa mohli umožniť cielenú konštrukciu účinných látok, ktoré presne paralyzujú toto strojové zariadenie - a zabrániť odolnosti baktérií.
Prvýkrát s NMR spektroskopia študované: interakcia malých proteínov s intaktnou RNA polymerázou
Presne v tomto bode sa uskutočnili NMR spektroskopické výskumy výskumnej skupiny pod vedením prof. Dr. Paul Rösch, ktorý viedol k novým výsledkom zverejneným v časopise „Scientific Reports“ - časopise „Nature Publishing Group“. Priestorové trojrozmerné štruktúry molekúl zapojených do transkripcie už boli preskúmané röntgenovou štruktúrnou analýzou a elektrónovou mikroskopiou. V porovnaní s týmito technikami sa však NMR spektroskopia vyznačuje skutočnosťou, že interakcie medzi molekulami a dynamiku molekulárnych štruktúr je možné pomerne ľahko študovať. Najmä také procesy hrajú rozhodujúcu úlohu pri transkripcii. Ich porozumenie je preto nevyhnutné pre cielený vývoj antibiotík.
Pomocou NMR spektroskopie je možné detegovať iba určité nerádioaktívne typy atómov (izotopy), ktoré sa zavádzajú do proteínov molekulárnymi biologickými metódami. Tieto izotopy slúžia ako sondy a poskytujú dôležitý pohľad na molekulárne štruktúry a zmeny, ktorým tieto štruktúry podliehajú. Doteraz sa NMR spektroskopia mohla používať iba pre malé a stredné proteíny. Bayreuthská pracovná skupina teraz našla spôsoby, ako sprístupniť veľmi veľkú a vysoko komplexnú molekulu RNA polymerázy na skúmanie NMR spektroskopiou.
Bayreuthskí vedci využili špeciálnu techniku na výhradné značenie špecifických, veľmi mobilných skupín atómov, ktoré sa vyskytujú iba v jednotlivých stavebných jednotkách proteínov definovaným molekulárno-biologickým spôsobom pomocou NMR aktívnych izotopov. Napriek veľkosti proteínu boli tieto skupiny pozorovateľné a vedci ich použili ako sondy celkového proteínu. Zároveň bolo možné jednotlivo vyrobiť päť podjednotiek, z ktorých je vyrobená RNA polymeráza, jednotlivo ich označiť a potom znovu zostaviť celý proteín. Týmto spôsobom bolo tiež možné špecificky detegovať jednu podjednotku v celej RNA polymeráze.
V prvom experimente bolo možné ukázať, na ktorú z podjednotiek sa určité proteíny viažu. V druhom kroku sa v súčasnosti používa proces analógového značenia na určenie toho, ako budú vyzerať kontaktné oblasti medzi väzobnými proteínmi a RNAP.
Základy cieleného vývoja nových účinných látok
"Pomocou metód, ktoré sme vyvinuli, chceme čo najpresnejšie preskúmať interakcie medzi bakteriálnym RNAP a menšími proteínmi, ktoré sa na neho viažu." Spolu s našimi skôr publikovanými zisteniami o vzájomnom pôsobení medzi transkripciou a biosyntézou proteínov získame dobrý obraz o tom, ako fungujú bakteriálne regulačné procesy. Predovšetkým získame informácie o tom, ako sa tieto procesy líšia od zodpovedajúcich mechanizmov u ľudí. Očakávame, že na tomto základe bude možné navrhnúť nové antibiotiká, na ktoré sa baktérie nemôžu stať rezistentnými, “vysvetľuje vedúci pracovnej skupiny Bayreuth Dr. Štefan Knauer. Ako môžu vyzerať nové účinné látky, ktoré narúšajú bakteriálny systém, ale ľudský systém neovplyvňujú, je možné ďalej objasniť novým prístupom k výskumu.