Фотогалерея

Пятница, 27 Ноября 2009

Вирусы против бактерий Печать Email
27.11.2009 11:53

Бактериальные инфекции, возможно, скоро будут лечить с помощью вирусов. Ученые обнаружили механизм, с помощью которого вирусы пробивают стенки бактериальной клетки и уничтожают ее. Управление этим процессом может стать основой нового метода антибактериальной терапии.

 

Говоря о заболеваниях человека, следует помнить, что они сильно различаются природой возбудителя. Бактериальные инфекции (туберкулез, дифтерия, столбняк) вызываются бактериями – одноклеточными безъядерными микроорганизмами, отравляющими органы нашего тела выделяемыми веществами – токсинами. Вирусные заболевания (грипп, папиллома, СПИД) вызываются на порядок более мелкими возбудителями. Вирусы – неклеточная форма жизни: они состоят только из молекулы нуклеиновой кислоты, заключенной в белковую оболочку. Из-за своего строения вирусы могут поражать не только клетки растений, животных и грибов, но и бактериальные клетки. Такие вирусы называют бактериофагами (греч. «пожиратели бактерий»).

Бактериофаги атакуют бактериальную клетку и вводят в нее свою ДНК.

Затем происходит репродукция вируса в цитоплазме клетки. Когда накапливается 100 и более новых вирусов, они должны покинуть бактерию-«хозяина», чтобы найти новую питательную среду и продолжить цикл репродукции.


Строение бактериальной клетки//meduniver.com
 

Однако вирусу не так легко пробиться внутрь клетки через цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку, а без этого новые поколения вирусов не могут выбраться из бактериальной клетки и размножаться дальше.

Ученые из Техасского университета обнаружили «оружие», которое позволяет вирусам разрушать клетку бактерии изнутри. Результаты их исследования публикует Nature Structural and Molecular Biology.

Для того чтобы пробиться через оболочку клетки, вирусы используют специальный фермент – эндолизин, который способен разрушить изнутри клеточную стенку.

Этот фермент остается неактивным все время нахождения вирусов внутри клетки. Однако при необходимости выхода за пределы цитоплазматической мембраны он меняет свою структуру и разрушает механически плотную ткань клеточной стенки.

Действие фермента меняет специальный домен (достаточно стабильная и независимая подструктура белка), называемый SAR. Он, как спусковой крючок, дает сигнал для изменения структуры фермента и запускает процесс разрушения клеточной стенки.

Обнаруженный механизм внес понимание в процесс разрушения бактериальной клетки вирусами.

Ученые надеются разработать механизм управления функциями бактериофагов и бороться с их помощью с бактериальными инфекциями. Поскольку вирусы могут обладать направленным действием на специфические типы бактерий, это открывает возможности специфической терапии конкретных заболеваний.

 


Белки и камни Печать Email
27.11.2009 11:50

Рост кристаллов минералов, присутствующих в организме человека, например камней в почках, можно регулировать с помощью белков. Натуральные пептиды, находящиеся в организме человека, сопротивляются возникновению неорганических образований, как могут, а их синтетические аналоги могут стать эффективными лекарствами против желчекаменной болезни.

 

Камни в почках, желчном и мочевом пузыре – извечная беда людей за сорок. Сейчас медицина применяет как инвазивные, так и эндоскопические, неоперативные, методы лечения, однако это тот случай, когда лучше предотвратить болезнь, чем вылечить ее. Вместе с тем механизм роста крупных неорганических образований в теле человека до сих пор точно не изучен.

Ученые получили изображения очень высокого разрешения (с точностью до молекулы), на которых видно, как пептиды располагаются на поверхностях неорганических материалов.

Это помогает понять, как биомолекулы контролируют рост кристаллов из малых молекул, вызывая ускорение, изменение или замедление их развития, то есть показывает механизм роста камней (неорганических материалов) в среде биологических молекул. Это открывает возможности новых подходов к лечению и профилактике камней в почках, печени и желчном пузыре с помощью биомолекул. Исследование опубликовано во вчерашнем выпуске Proceedings of the National Academy of Science.

Неорганические (минеральные) вещества играют важную роль в большей части живых организмов. Кости и зубы млекопитающих, защитные оболочки сложных клеток морских диатомей – примеры так называемой биоминерализации, явления, когда живые организмы строят свои структуры из неорганических материалов. Однако минералы оказывают и негативное влияние: именно из них состоят камни в почках и желчном пузыре, которые ведут к сильным болям, дисфункции органов и внутренним заболеваниям человека и других млекопитающих.

Понимание того, как организм регулирует и ограничивает рост неорганических образований, необходимо для разработки новых эффективных стратегий терапевтического лечения таких заболеваний. Но расшифровать процесс формирования организмом прочных и сложных структур из простых небольших молекул не так просто. Для его лучшего понимания ученые моделируют его в лабораторных условиях и наблюдают in vitro с помощью сложного оборудования, которое не «вживить» в человеческий организм.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) позволяет «видеть» и получать изображения слоев неорганического вещества толщиной в один атом (так называемых монослоев), взаимодействующих с фрагментами белков, соприкасающихся с этой поверхностью. Обычно регистрировать изображения биомолекул, слабо соединенных с поверхностью, сложно: молекула и поверхность находятся в динамическом равновесии, и в процессе съемки пептид «стряхивается» с нее. Однако группа ученых из университета Калифорнии усовершенствовала технологию АСМ, что позволило получить изображения процесса взаимодействия с точностью до одной молекулы и проследить динамику процесса взаимодействия пептида с каждым из растущих монослоев.

Эксперимент показал, что на первом этапе пептид прочно закреплен на поверхности и на это время он замедляет рост грани кристалла в месте прикрепления. Однако затем он неожиданно делает «прыжок» и закрепляется уже на следующем уровне растущей поверхности.

Кроме того, ученые обнаружили механизм, который позволяет биомолекулам закрепляться на поверхностях, обычно их отторгающих. Пептиды формируют между собой кластеры на одноименно заряженных поверхностях. В зависимости от условий эти кластеры либо замедляют, либо ускоряют рост кристалла.

На другой грани кристалла, к которой, как ожидалось, пептиды будут «крепиться» лучше, исследователи вообще не обнаружили биомолекул. Они появлялись только с замедлением роста грани. Выяснилось, что пептиды закрепляются на поверхности с помощью специфических взаимодействий, формирование которых занимает больше времени, чем обычная неспецифическая адгезия. По этой причине в случае, когда слои нарастают быстрее, чем образуются контакты, кристалл просто «сбрасывает» пептид при попытке связывания.

Однако когда ученые замедлили рост модельного кристалла, пептиды осели на поверхности так сильно, что ее рост полностью прекратился. Исследователи считают, что причина медленного, но высокоэффективного процесса специфического взаимодействия пептида с поверхностью лежит в природе пептидов. Эти биомолекулы представляют собой полиэлектролиты (полимеры, содержащие большое количество ионогенных групп). Такие вещества в растворе испытывают довольно длительные флуктуации перед достижением стабильной конфигурации на поверхности.


Схема образования пептидной связи//srnr.arizona.edu
 

 

Ученые предполагают, что именно таков механизм защиты живых организмов от патологической минерализации.

Когда рост кристалла прерван, для его возобновления необходима очень высокая концентрация минерального вещества в среде, чтобы возобновить его.

По аналогии с таким действием могут работать и лекарственные препараты, способные предотвратить образование камней. Модифицированные электролиты, в которых заряд, размер частицы и ее способность отталкивать воду систематически варьируются, могут стать «ключами, педалями газа или тормоза» для кристаллизации.

 


Главная