«Учитывая увеличивающееся сопротивление туберкулеза микобактерии к наркотикам, мы рассмотрели лечение туберкулеза существенно различным способом», сказал Джейсон Селло, адъюнкт-профессор химии в Брауне, который направил исследование. «Вместо того, чтобы искать обычный препарат приводит то убийство туберкулез M. непосредственно, мы надеялись развивать комплексы, которые могли отдать бактерию, восприимчивую к иммунной системе. Мы были успешны в проектировании комплексов, которые делают выращенные лабораторией бактерии чувствительными к химикату произведенный во время иммунной реакции».Кайл Тотаро, который недавно заработал для его доктора философии от Брауна, возглавил команду Селло.
Они также работали совместно с исследовательскими группами в Массачусетском технологическом институте и Вейле Корнелле Медикайне. Работа, описывающая работу, опубликована в журнале ACS Infectious Diseases.
Стратегия команды состояла в том, чтобы запретить фермент, найденный при туберкулезе M., названном протеасомой 20-Х. Это действует как молекулярный коллекционер мусора, избавляясь от поврежденных белков в бактериальной клетке.
Это специализируется на чистке белков, поврежденных азотной окисью, химикатом, произведенным врожденной иммунной системой, чтобы помочь бороться с болезнетворными микроорганизмами. Способность протеасомы 20-Х избавиться от азотных поврежденных окисью белков помогает бактериям выжить в хозяине.
Чтобы запретить протеасому, Sello и его команда предположили реактивные комплексы, которые подражают ключевым химическим признакам ее оснований – белки, которые обычно ломает фермент. Они ожидали, что протеасома свяжет эти комплексы, поскольку она делает любой другой белок и что их реактивность отключила бы фермент. С отключенной протеасомой белки, поврежденные азотной окисью, накопятся в бактериях и вызовут свою смерть.Но была ключевая проблема, с которой должны были спорить исследователи.
У людей есть очень похожая система для ухудшения поврежденных белков, и запрещение этой системы, как известно, смертельно к клеткам. Таким образом, любой составной Sello и его команда развивались, должен будет выборочно разрушить ту бактериальную протеасому, значительно не затрагивая человеческую версию.Чтобы сделать это, исследователи черпали вдохновение в природе. Бактерия под названием Pseudomonas syringae, болезнетворный микроорганизм, который заражает заводы, как известно, производит комплексы, названные syringolins, которые, как известно, запрещают протеасому завода, подражая ее основаниям.
Комплексы, как также известно, запрещают человеческую протеасому и имеют обещание как противораковых агентов. Sello и его команда использовали предсказания о том, как syringolins обязывают человеческую протеасому и знание об основаниях протеасомы туберкулеза M. проектировать отборные ингибиторы.Исследование указало, что syringolins связал и запретил человеческую протеасому, подражая предпочтительному основанию, имеют определенный химический остаток (valine) в двух ключевых позициях.
Исследование также указало, что бактериальная протеасома предпочитает ухудшать белки, имеющие два различных химических остатка (триптофан и глицин) в тех же самых двух ключевых позициях. Так, исследователи предсказали, что syringolin аналог, в котором valine остаток был обменян для структур, напоминающих триптофан и глицин, комплекс, выборочно запретит бактериальную протеасому.Sello и его студенты в Брауне синтезировали разработанный комплекс, а также других, которые соответствовали или находились в противоречии с их моделью дизайна.
В свою очередь их сотрудники в MIT систематически оценивали мощности производства комплексов запретить и человеческие и бактериальные протеасомы в пробирке.Команда нашла, что естественный syringolin продукт был 160-кратный более специфичный для человеческой протеасомы. Один из спроектированных syringolin аналогов, напротив, был 74-кратный более специфичный для бактериальной протеасомы.
«Используя этот рациональный подход дизайна и химический синтез, мы смогли произвести отборные ингибиторы 20-Х туберкулеза M. proteaseome», сказал Селло. «В лучшем случае наша разработка syringolins увеличила запрещение бактериального фермента 220-кратным, все же уменьшил реакцию с человеческим ферментом на 99,6 процентов. Наш успех, утвержденный и очевидная специфика основания протеасомы туберкулеза M. и структурная модель для запрещения протеасомы syringolins».
Следующий шаг должен был видеть, могли ли бы спроектированные комплексы действительно сделать бактерии более восприимчивыми к азотной окиси, химикату произведенный во время иммунной реакции. Сотрудники Селло в Медицине Вейла Корнелла добавили спроектированный syringolins к культурам туберкулеза M. в присутствии и отсутствии источника азотной окиси.
Как ожидалось они нашли, что бактерии отнеслись с комплексами, были очень восприимчивы к азотной окиси. В соответствии с их слабым запрещением человеческой протеасомы, спроектированный syringolin не затормозил рост моделей клетки человека.
«Мы были рады спроектировать токсичность syringolins к клеткам человека», сказал Селло. Это предположило, что спроектированный syringolin мог быть безопасным в людях».
Селло и его коллеги надеются, что этот начальный раунд тестирования мог заложить основу для того, чтобы разработать новые лекарства, чтобы лечить туберкулез. «Мы только изменили syringolins двумя способами», сказал Селло. «Есть много других возможностей для структурной модификации, которая могла улучшить потенцию и другие фармакологические свойства молекул. Мы можем теперь видеть длинный, но выполнимый путь к развитию нового терапевтического агента для туберкулеза».
Селло говорит, что вероятно, что стратегия препарата как этот могла использоваться вместе с традиционными антибиотиками.«Одна из вещей, это ясно в лечении туберкулеза, – то, что объединение наркотиков может быть эффективным», сказал он. «Так объединение блокатора защиты бактерии против иммунной системы с традиционным антибиотиком могло быть своего рода одним-двумя ударами».