В моменты, приводящие к нападению короткого специфического пептида, бактерии счастливо растут, их ДНК движется вокруг клетки в полуслучайных движениях, характерных для жизни.

Через несколько секунд покачивание прекращается. Жизнь останавливается.

Около 100 миллионов пептидов — короткие фрагменты аминокислот, основные единицы белков — по имени LL-37 проникли в клетку, где с помощью сильных электрических зарядов они тесно связаны с механизмом, приводящим клетку в действие, иммобилизируя и убиваю это.

«Кажется, что ДНК замерзает в течение нескольких секунд», — говорит Джеймс Вайсхаар, профессор химии в университете Висконсин-Мэдисон. «Это странное событие, которое привело нас в движение».

Новая работа лаборатории Вайсхаара предлагает ранее неизвестный механизм, лежащий в основе функции LL-37 и подобных пептидов, которые тестируются на ранних стадиях клинических испытаний для лечения инфекций, устойчивых к классическим антибиотикам. Лучшее понимание того, как работают антимикробные пептиды, может помочь исследователям развить их в терапию.

Используя передовые микроскопические методы, Вайсхаар и его аспиранты Янью Чжу и Сони Мохапатра документально подтверждают способность LL-37, антимикробного пептида, вырабатываемого иммунной системой человека, в качестве защиты первой линии от патогенов. LL-37 относится к классу древних пептидов, которые борются с бактериями не так, как большинство других антибиотиков, и которым бактерии трудно противостоять. Но механизм действия LL-37 и его родственников было сложно определить.

В своей статье, опубликованной в трудах Национальной академии наук в январе, группа Вайсхаара обнаруживает, что, как только LL-37 попадает в бактериальную клетку, он быстро нарушает свободу движения, необходимую для работы ДНК и белков. Исследователи предполагают, что большой положительный электрический заряд LL-37 помогает ему связываться с отрицательно заряженными молекулами внутри клетки, делая повреждение постоянным.

Большинство антибиотиков представляют собой молекулы с малыми молекулами, которые взаимодействуют с одним белком, который нарушает метаболизм патогена. Но LL-37 и связанные с ним противомикробные препараты разные. Они сделаны из аминокислот и намного больше, чем другие антибиотики. И предыдущие исследования показали, что они наносят ущерб целостности всей клетки, частично пробивая отверстия в клеточной мембране, эффективно уничтожая патогенные микроорганизмы.

Недавно команда Вайсхаара изучала воздействие LL-37 на клетки, используя метод, удостоенный Нобелевской премии, известный как микроскопия суперразрешения, которая может отслеживать отдельные молекулы в клетке. Они заметили, что белок не только вызывает утечку содержимого клетки, но и останавливает нормальное движение молекул внутри клетки.

Исследователи отслеживали движение ДНК и рибосом клетки, молекулярных машин, которые переводят инструкции ДНК в белки, которые управляют клеткой. Оба застыли через мгновение после того, как LL-37 вошел в камеру. Выращенные LL-37, бактерии напоминали клетки, фиксированные формальдегидом, мощным и постоянным клеточным замораживающим химическим веществом.

Ключи к тормозной способности LL-37 получены от электрических зарядов, переносимых большинством клеточных молекул. ДНК, рибосомы и многие белки имеют большие отрицательные заряды.

«Все эти негативные белки и ДНК могут скользить мимо друг друга, а когда они подходят слишком близко, они отталкиваются и продолжают двигаться», — говорит Вайсхаар. Это своего рода смазка электрическим зарядом.

Напротив, LL-37 сильно положительный. Вайсхаар и его команда считают, что эти противоположные заряды сильно притягивают друг друга внутри клетки. Приблизительно 100 миллионов копий LL-37, попадающих в каждую камеру, это все равно, что бросать миллионы гаечных ключей в механизм жизни. Все останавливается

В дальнейшем Вайсхаар планирует проверить эту идею электрического заряда, изменив заряд на LL-37. Его группа также увидит, как другие антимикробные пептиды , встречающиеся на древе жизни, так же замораживают клетки в своих следах. Эти знания могут помочь ученым в поиске альтернатив классическим антибиотикам, поскольку патогены развивают устойчивость к ним.

«Давайте узнаем, как природа делает это, и, возможно, это поможет понять, как спроектировать что-то полезное в больнице», — говорит Вайсхаар.