Исследователи Лондонского Нанотехнологического Центра (LCN) применили новый нанотехнологический подход к изучению действия антибиотика ванкомицина, основанный на использовании микрокантилеверов – сенсоров, позволяющих наблюдать связывание лекарств с их мишенями.

Новое приспособление представляет собой тончайший (микрометровый) кварцевый зонд, на который нанесено покрытие из пептидов, отвечающих аминокислотной последовательности мукопептидов – компонентов клеточной стенки бактерий. Связывание антибиотика на поверхности кантилевера моделирует эффект взаимодействия лекарства с клеточной стенкой бактерии.

Для сравнения природы взаимодействия были выбраны два штамма бактерий. Один штамм является высокоустойчивым к действию антибиотиков вследствие мутации, устраняющей одну водородную связь в структуре антибиотик-связывающего участка клеточной стенки. Такое, на первый взгляд небольшое изменение делает этот штамм в тысячу раз устойчивее к антибиотикам, по сравнению со вторым штаммом, где такой мутации нет.

Подобные мутации являются причиной возникновения тяжелых форм инфекционных заболеваний, таких , например, как MRSA, вызываемого метициллинорезистентными Staphylococcus aureus или VRE – ванкомицин-устойчивым энтерококками. Существование и трудность излечения таких заболеваний является серьезной медицинской проблемой во всем мире. Поэтому изучение природы действия антибиотиков поможет найти новые способы медикаментозного лечения.

Рис.1. Анализируя сгибание кантилевера, ученые определяют природу взаимодействия антибиотика с клеточной стенкой бактерии

Исследования показали, что разрушение клеточной стенки и гибель бактерии зависит как от локального взаимодействия антибиотика с клеточной стенкой, так и от пространственной механической общности всех мест связывания антибиотика. Степень сгибания кантилевера вследствие такого эффекта, измеренная оптически, является количественным показателем сродства лекарства к мишени.

Международная команда ученых представила свою работу в журнале Nature Nanotechnology (Nanomechanical detection of antibiotic–mucopeptide binding in a model for superbug drug resistance).

Нанося на кантилевер различные рецепторы или белки, можно изучать воздействие на них различных веществ, наблюдая за связыванием тестируемых веществ с мишенями и отбирая при этом потенциальные лекарства. Такой подход может послужить основой для проведения высокопроизводительного скрининга, в том числе для создания мощных средств против лекарственно-устойчивых инфекций, для белкового или ДНК-распознавания и для выявления других биохимических взаимодействий. Мощность метода оценивается в несколько тысяч исследуемых веществ в час. Также каждый кантилевер может работать с несколькими мишенями параллельно.

Данный метод позволяет не только оценивать силу связывания лекарства с мишенью, но и видеть механические изменения, происходящие в результате такого взаимодействия. Стоит отметить еще одно преимущество нового метода: по сравнению с методом поверхностного плазмонного резонанса (SPR) детекция с помощью кантилевера не зависит от детектируемой массы и поэтому более чувствительна к малым молекулам; при этом анализ в сыворотке крови проходит при более низких концентрациях лекарства, чем в SPR.

Ученые отмечают, что широкое производство кантилеверов не будет дорогостоящим, а их применение, несомненно, будет говорить о высоком уровне лаборатории.

Мария Костюкова