Ученые НИЦ "Курчатовский институт" – ПИЯФ, Перуанского университета прикладных наук и Института биологического интеллекта Макса Планка (Германия) разработали платформу, которая позволяет наблюдать за работой рибосом — "молекулярных машин", отвечающих за образование белков.
В ее основе – использование технологии микротермофореза и флуоресцентных меток молекул белков. Светящиеся молекулы-метки помещают в стеклянный микрокапилляр, который подсвечивают лазером. Это создает градиент (плавный переход) температуры, заставляющий молекулы перемещаться либо в более теплую зону, либо в холодную. При этом скорость и направление движения молекул зависит от их размера, заряда и особенностей оболочки. Если к меченой молекуле присоединить какого-нибудь "партнера", скорость ее движения по капилляру также изменится, что позволит точно выявить взаимодействие и даже оценить силу связывания пары.
Метод позволяет исследовать процесс трансляции (биосинтеза белка, который осуществляет рибосома). Именно этот процесс служит главной "мишенью" для многих антимикробных веществ: лекарство убивает болезнетворную клетку, разрушая синтез белка. Однако бактерии способны приобретать устойчивость, немного меняя структуру молекул, участвующих в трансляции, из-за чего препараты перестают действовать. Для создания новых антибиотиков и повышения эффективности уже известных препаратов, необходимы знания о молекулярных взаимодействиях, лежащих в основе трансляции.
Сложность в использовании нового метода состояла в том, чтобы подобрать метки, не нарушающие работу рибосом и других участвующих в процессе молекул, а также применить данную технологию к изучению сложной многокомпонентной системы. Ученые нашли соответствующие красители и смогли соединить их с интересующими веществами, а также разработали быстрый и простой способ мечения самих рибосом без нарушения их свойств.
В частности, с использованием платформы удалось изучить все стадии первого и самого сложного этапа синтеза белка, во время которого с участием вспомогательных белков рибосома собирается и связывается с матричной РНК, образуя сложный многокомпонентный комплекс. Более того, авторам удалось уточнить роли отдельных белков в этом сложном процессе.
Затем авторы применили предложенную платформу для исследования механизма работы соединений различной природы, подавляющих трансляцию: ДНК-аптамеров, антимикробного пептида и антибиотиков. Новая технология позволила быстро проанализировать взаимодействия веществ и оценить их силу связывания, что незаменимо для первоначального скрининга лекарств в процессе их разработки.
"Предложенный нами метод уже сейчас представляет собой готовый инструмент для фармацевтической индустрии. Он позволяет быстро и точно тестировать возможности и механизмы действия потенциальных антимикробных соединений. Это крайне важно в условиях растущей устойчивости микроорганизмов к лекарствам, — рассказывает руководитель проекта Дарья Виноградова (ПИЯФ). – В дальнейшем мы планируем также применять эту платформу для изучения фундаментальных основ трансляции, включая роль регуляторных элементов мРНК, что имеет ключевое значение для разработки мРНК-вакцин против вирусных инфекций и онкологических заболеваний".
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Источник: РНФ
