Структура защитной брони супербактерии C. difficile была выявлена ​​впервые, демонстрируя плотный, но гибкий внешний слой, напоминающий кольчугу. Эта сборка предотвращает попадание молекул внутрь и обеспечивает новую мишень для будущих методов лечения, по словам ученых, которые ее обнаружили.

Доктор Паула Сальгадо, старший преподаватель макромолекулярной кристаллографии , руководившая исследованиями в Университете Ньюкасла, сказала: «Это открывает возможность разработки лекарств, нацеленных на взаимодействия, составляющие кольчугу. и молекулы иммунной системы проникают в клетку и убивают ее».

Одной из актуальных проблем в борьбе с инфекциями является растущая устойчивость бактерий к антибиотикам. Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) была объявлена ​​ВОЗ одной из 10 главных глобальных угроз общественному здравоохранению, с которыми сталкивается человечество.

В публикации в Nature Communications группа ученых из университетов Ньюкасла, Шеффилда и Глазго вместе с коллегами из Имперского колледжа и Diamond Light Source обрисовывает структуру основного белка SlpA, формирующего звенья кольчуги, и то, как они устроены, чтобы сформировать узор и создать эту гибкую броню.

«Я начал работать над этой структурой более 10 лет назад, это был долгий и трудный путь, но мы получили действительно впечатляющие результаты. Удивительно, но мы обнаружили, что белок, формирующий внешний слой, SlpA, упакован очень плотно, с очень узкими отверстиями. которые позволяют очень небольшому количеству молекул проникать в клетки. S-слой других изученных бактерий, как правило, имеет более широкие промежутки, что позволяет проникать более крупным молекулам. Это может объяснить успех C. diff в самозащите», — сказал Сальгадо.

Один из многих способов, с помощью которых вызывающая диарею супербактерия Clostridioides difficile защищает себя от антибиотиков, — это специальный слой, покрывающий клетку всей бактерии, — S-слой. Эта гибкая броня защищает от проникновения лекарств или молекул, выделяемых нашей иммунной системой для борьбы с бактериями.

Команда определила структуру белков и то, как они устроены, используя комбинацию рентгеновской и электронной кристаллографии. Заставить естественный двумерный массив кристаллизоваться в трехмерный кристалл было непросто, и у кристаллов было много проблем.

«Даже когда кристаллы были получены, не все из них дифрагировали хорошо, поэтому алмазный синхротрон был необходим для успеха проекта. Работа зависела, в частности, от I24, микрофокусной линии луча для тестирования многих сотен кристаллов и поиска лучшего места в лучшем кристалле. для сбора наилучшего набора данных. Получение исходных данных не было концом истории, поскольку не было моделей, позволяющих определять структуру. Персонал на линиях луча MX в Diamond всегда стремился помочь решить эту проблему и был готов попробовать новые подходы и приспособиться к ним. запросы на специализированное время луча. Но решающим экспериментом было использование уникальной длинноволновой линии луча I23, которая позволила использовать собственные атомы серы в SlpA в качестве источников информации, необходимой для начала построения модели», — сказал Сальгадо.

Данные, собранные на I23, позволили старшему научному сотруднику Beamline доктору Камелю Эль Омари найти положения атомов серы и создать начальную частичную модель. Это было отправной точкой, которая вместе с данными более высокого разрешения, собранными на каналах I24 и I04 в Даймонде, позволила доктору Сальгадо и ее команде построить полную структуру SlpA.

Д-р Эль Омари сказал: «Мне было приятно участвовать в этом давнем и захватывающем проекте. Это хороший пример, показывающий, как сотрудничество и доступ к ультрасовременным средствам, таким как Diamond Light Source, успешно поддерживают научные исследования. сообщество.»

Так называемые супербактерии обладают несколькими способами устойчивости к антибиотикам и могут сочетать несколько механизмов устойчивости. C. diff — это супербактерия, поражающая кишечник человека и устойчивая ко всем современным лекарствам, кроме трех. Не только это, но и становится проблемой при приеме антибиотиков, поскольку полезные бактерии в кишечнике погибают вместе с теми, которые вызывают инфекцию. Поскольку C. diff устойчив, он может расти и приводить к болезненным последствиям, от диареи до смерти, из-за массивных поражений кишечника. Еще одна проблема заключается в том, что единственный способ вылечить C.diff — это принимать больше антибиотиков, поэтому цикл перезапускается, и многие люди заражаются повторно.

Определение структуры позволяет разработать специфические для C. diff препараты для разрушения S-слоя, кольчуги и борьбы с инфекциями.

Из команды доктора Сальгадо в Университете Ньюкасла, доктор философии. студентка Паола Ланцони-Мангутчи и доктор Анна Барвинска-Сендра раскрыли структурные и функциональные детали строительных блоков и определили общую рентгеновскую кристаллическую структуру SlpA. Паола сказала: «Это был сложный проект, и мы провели много часов вместе, выращивая сложную ошибку и собирая рентгеновские данные на синхротроне Diamond Light Source».

Д-р Барвинска-Сендра добавила: «Совместная работа стала ключом к нашему успеху, очень приятно быть частью этой команды и иметь возможность, наконец, поделиться своей работой».

Группы доктора Роба Фэгана и профессора Пера Буллоу из Университета Шеффилда выполнили работу по электронной кристаллографии. Доктор Фаган сказал: «Сейчас мы изучаем, как наши результаты могут быть использованы для поиска новых способов лечения инфекций, вызванных C. diff, таких как использование бактериофагов для прикрепления к клеткам C. diff и их уничтожения — многообещающая потенциальная альтернатива традиционным антибиотикам.»