RNS-polimeráz és antibiotikumok - MedMix
Hogyan kell megtervezni az antibiotikumokat, hogy a baktériumok ne váljanak ellenállóvá velük szemben? A kutatócsoport körül Prof. Dr. Paul Rösch a Bayreuthi Egyetemen alapvető előrelépést tett e kérdés megválaszolásában.
Első alkalommal részletesen megvizsgálták az óriásfehérje-RNS-polimerázt és interakciós partnereit a magmágneses rezonancia spektroszkópiával (NMR spektroszkópia). Az eredményeket most közzétették a "Tudományos jelentések" c. A kutatók azt remélik, hogy további ismereteket szerezhetnek egy globálisan egyedülálló, aktívan árnyékolt mágneses térrel rendelkező 1 GHz-es spektrométertől, amelyet hamarosan a Bayreuth-campusra telepítenek.
A baktériumok elleni védekezés általában nagy kihívást jelent az orvostudományban
Jelenleg az orvostudomány egyik legnagyobb kihívása a baktériumok elleni védekezés, amely ellen az összes jelenleg rendelkezésre álló antibiotikum hatástalan. Ezen antibiotikumok többsége a baktériumok sejtfalai és komponensei ellen irányul, vagy zavarják a baktériumfehérjék szintézisét. Az újabb antibiotikumok viszont a bakteriális genetikai információk másolása ellen irányulnak. A probléma ugyanaz: egyes baktériumok olyan mechanizmusokat fejlesztenek ki, amelyek megvédik őket ezektől a valóban halálos anyagoktól. Ellenállóvá válsz.
Az orvostudománynak az egyik esélye, hogy megbékéljen ezzel a helyzettel, olyan új hatóanyagok kifejlesztésében rejlik, amelyek megszakítják a bakteriális sejt alapvető folyamatait.
Ilyen folyamatra példa a DNS-ben tárolt genetikai információk RNS-szekvenciává történő fordítása. Ez egyfajta genetikai információ, amely felhasználható a fehérjetermeléshez. A transzkripciónak nevezett transzlációs folyamat, amelyet az RNS-polimeráz (RNAP) katalizál, rendkívül összetett, és pontosan más RNS-polimerázhoz kötődő baktériumfehérjék irányítják. Ennek a baktérium-transzlációs gépezetnek számos részlete jelenleg ismeretlen. A pontosabb ismeretek azonban egy nap lehetővé tehetik a hatóanyagok célzott felépítését, amelyek pontosan megbénítják ezt a gépezetet - és megakadályozzák, hogy a baktériumok rezisztenssé váljanak.
Most először NMR spektroszkópia vizsgálták: a kis fehérjék és az intakt RNS polimeráz kölcsönhatása
Pontosan ezen a ponton történtek a Prof. Dr. által vezetett kutatócsoport NMR spektroszkópiai vizsgálatai. Paul Rösch, aki a "Scientific Reports" - a "Nature Publishing Group" folyóiratában megjelent új eredményekhez vezetett. A transzkripcióban részt vevő molekulák térbeli, háromdimenziós struktúráit már röntgenszerkezeti elemzéssel és elektronmikroszkóppal megvizsgáltuk. Ezekkel a technikákkal összehasonlítva azonban az NMR spektroszkópiát az jellemzi, hogy a molekulák közötti kölcsönhatások és a molekulaszerkezetek dinamikája viszonylag könnyen tanulmányozható. Különösen az ilyen folyamatoknak van meghatározó szerepük a transzkripcióban. Ezért megértésük elengedhetetlen az antibiotikumok célzott fejlesztése szempontjából.
NMR-spektroszkópiával csak bizonyos, nem radioaktív típusú atomok (izotópok) detektálhatók, amelyeket molekuláris biológiai módszerekkel vezetnek be a fehérjékbe. Ezek az izotópok próbaként szolgálnak, és fontos betekintést nyújtanak a molekulaszerkezetekbe és azokba a változásokba, amelyek ezen struktúráknak vannak kitéve. Eddig az NMR spektroszkópia csak kis és közepes méretű fehérjék esetében volt alkalmazható. A Bayreuth-munkacsoport most megtalálta a módját annak, hogy a nagyon nagy és nagyon összetett RNS-polimeráz molekulát NMR-spektroszkópiával vizsgálathoz hozzáférhetővé tegye.
A Bayreuth-tudósok speciális technikát alkalmaztak NMR-aktív izotópokkal kizárólag olyan specifikus, nagyon mozgékony atomcsoportok megjelölésére, amelyek csak az egyes fehérje-építőelemekben fordulnak elő meghatározott molekuláris-biológiai módon. Ezek a csoportok a fehérjeméret ellenére megfigyelhetők voltak, és a tudósokat mint próbákat szolgálták a teljes fehérjében. Ugyanakkor lehetőség nyílt egyenként előállítani azt az öt alegységet, amelyekből az RNS polimeráz felépült, külön-külön megjelölni őket, majd újra összeállítani a teljes fehérjét. Ilyen módon a teljes RNS-polimerázban egyetlen alegységet is specifikusan lehetett kimutatni.
Egy első kísérletben sikerült megmutatni, hogy az egyes fehérjék mely alegységekhez kötődnek. Második lépésben analóg jelölési eljárást alkalmaznak annak meghatározására, hogy a kötő fehérjék és az RNAP közötti érintkezési területek milyenek lesznek.
Az új hatóanyagok célzott fejlesztésének alapjai
„Az általunk kifejlesztett módszerekkel a lehető legpontosabban meg akarjuk vizsgálni a bakteriális RNAP és az ahhoz kötődő kisebb fehérjék közötti kölcsönhatásokat. A transzkripció és a fehérje bioszintézis kölcsönhatásának korábban publikált eredményeinkkel együtt jó képet kapunk a baktériumok szabályozási folyamatainak működéséről. Mindenekelőtt információt szerzünk arról, hogy ezek a folyamatok miben különböznek az emberek megfelelő mechanizmusaitól. Arra számítunk, hogy ennek alapján új antibiotikumokat lehet tervezni, amelyek ellen a baktériumok nem válhatnak rezisztensekké ”- magyarázza a Bayreuth munkacsoport vezetője dr. Stefan Knauer. Hogy miként nézhetnek ki az új hatóanyagok, amelyek megzavarják a baktériumrendszert, de az emberi rendszert érintetlenül hagyják, az új kutatási megközelítéssel tovább tisztázható.