Древние белки возрастом 160 млн лет восстановили для борьбы с бактериями
Биологи Орегонского университета (США) восстановили в лаборатории древние белковые фрагменты, существовавшие у предков млекопитающих до 160 млн лет назад. Как сообщается в исследовании, опубликованном в PLOS Biology, некоторые из них оказались способны эффективнее современных человеческих аналогов подавлять бактерии, устойчивые к антибиотикам.
Исследователи изучали лактоферрин — белок иммунной системы, который присутствует, например, в грудном молоке, слюне, слезах и слизи кишечника. Он связывает железо, лишая бактерии необходимого им ресурса, а один из его фрагментов способен непосредственно повреждать оболочку бактериальной клетки.
Ученые пошли назад по эволюционному дереву
Чтобы выяснить, когда появилась эта способность, исследователи сравнили последовательности генов лактоферрина у современных животных, включая человека и корову. Затем с помощью метода реконструкции предковых последовательностей статистически восстановили варианты белка, которые, вероятно, существовали у их общих предков.
Так ученые смогли добраться примерно на 160 млн лет назад, ко времени появления общего предка плацентарных млекопитающих. Предполагаемые древние последовательности затем синтезировали и получили соответствующие белки в лабораторных клетках.
«Эволюция — это, по сути, научный эксперимент длиной в миллиарды лет. Мы видим результаты того, что сработало, а что нет. Изучая, как полезные свойства возникают и закрепляются в ходе эволюции, можно получить подсказки для создания новых противомикробных средств», — сказал старший автор работы эволюционный биолог Мэтт Барбер.
Древние молекулы проверили на бактериях
Полученные пептиды, то есть короткие фрагменты белков, испытали против нескольких бактерий, вызывающих заболевания у человека. Среди них были Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Escherichia coli и стрептококки.
Самые древние варианты действительно повреждали оболочку бактерий. Однако микроорганизмы в некоторых случаях успевали устранить повреждения и продолжали выживать. У более поздних предков млекопитающих противомикробное действие постепенно усиливалось.
Некоторые варианты оказались даже эффективнее современного человеческого пептида. Причина оказалась удивительно небольшой — достаточно было одной мутации в цепочке аминокислот, из которых состоит белок.
«Неожиданным было то, насколько небольшие изменения в этих участках могут давать настолько сильный эффект. В некоторых случаях не требовалось много изменений, чтобы эволюция усилила активность этих пептидов по сравнению с человеческими вариантами», — отметил Барбер.
Это не готовый антибиотик
Исследователи подчеркивают, что до создания лекарства еще далеко. В отличие от обычных антибиотиков, такие пептиды менее стабильны и быстро разрушаются в организме. Поэтому непосредственно использовать древние молекулы для лечения инфекций пока нельзя.
Тем не менее их эволюционная история может пригодиться при разработке новых препаратов. Устойчивость бактерий к антибиотикам постоянно растет, поэтому ученые ищут вещества, которые действуют иначе или способны дополнять существующие лекарства.
«Мы определенно хотим понять, можно ли использовать в будущем восстановленные или специально измененные противомикробные пептиды в качестве лекарств», — сказал Барбер.
При этом устойчивость может появиться и к таким молекулам. Поэтому, по мнению исследователя, важно заранее понимать, как бактерии способны приспосабливаться к новому лечению. Это может помочь создавать комбинации препаратов, которым патогенам будет сложнее противостоять.
