Американские ученые обнаружили, что антибиотики широкого спектра действия могут тормозить синтез белка в бактериальной рибосоме избирательно, а не полностью, как предполагалось ранее. Результаты работы опубликованы в журнале PNAS.

На молекулярном уровне действие антибиотиков может быть различным: например, за счет подавления синтеза клеточной стенки бактерии или вируса, нарушения работы рибосом (органоидов, на которых синтезируются белки). Последний механизм задействуют хлорамфеникол и линезолид — препараты, которые используются для борьбы с антибиотикорезистентными возбудителями. При этом считается, что, «атакуя» бактериальные рибосомы, эти вещества подавляют синтез белка полностью.

Ученые из Иллинойсского университета в Чикаго проанализировали механизм действия линезолида и хлорамфеникола на центр пептидил-трансферазы, где запускается синтез белка. Препараты испытывались на сенной палочке (Bacillus subtilis) и кишечной палочке (Escherichia coli). Анализ местоположения рибосом на матричной РНК (мРНК — матрица для синтеза белков) проводился методом тоу-принтинга. Бактерии помещались в раствор на 2,5 минуты, после чего фрагменты защищенной рибосомами мРНК секвенировались и наносились на карту генома.

Всего авторы проверили связь препаратов с 60 тысячами кодонов (троек нуклеотидов в ДНК или РНК), наиболее выраженной она оказалась с одной тысячей из них. При этом оба вещества «предпочитали» блокировать строго определенные, часто встречающиеся кодоны. Так, хлорамфеникол чаще тормозил кодирование аминокислот Ala (38 процентов) гена hns, реже — Ser (14,8 процента) и Thr (6,3 процента); линезолид также, как правило, «атаковал» кодоны, которыми зашифрованы Ala (69,9 процента). Концентрация веществ на их избирательность не влияла.

Связывание аминоацил-тРНК хлорамфениколом (оранжевый) и линезолидом (синий). / © James Marks, PNAS, 2016

Вместе с тем присутствие антибиотиков не останавливало трансляцию. Рибосомы бактерий продолжали движение до момента столкновения с ближайшим «оккупированным» кодоном. Хуже всего ингибирование происходило в редких кодонах: последующий анализ показал, что в таких пептидил-тРНК (несут растующую полипептидную цепь) и аминоацил-тРНК (присоединяют аминокислоту к тРНК) широко представлены остатки глицина. По мнению авторов, этот аминокислотный остаток может мешать действию препаратов.

«Активность хлорамфеникола и линезолида сильно зависит от специфики аминокислот на этапе формирования полипептидной цепи, которую несут рибосомы, и присоединения с растущим белком. Эти данные показывают, что зарождающийся белок модулирует свойства центра пептидил-трансферазы и влияет на связывающие его лиганды, в том числе антибиотики», — сообщила соавтор работы Нора Вазкез-Ласлоп (Nora Vazquez-Laslop).