Консорциум ученых из России, Беларуси, Японии, Германии и Франции под руководством старшего преподавателя Сколтеха Натальи Струшкевич провел исследование, в ходе которого было установлено, что туберкулезная палочка (бактерия Mycobacterium tuberculosis) способна выживать в условиях дефицита железа благодаря рубредоксину B − белку из семейства рубредоксинов, играющих важную роль в адаптации бактерий к меняющимся внешним условиям.

Работа проводилась в рамках исследований, посвященных изучению роли ферментов M. tuberculosis в развитии устойчивости бактерии к лекарственным препаратам и иммунному ответу человека.

По результатам исследования опубликована статья в журнале Bioorganic Chemistry. По уровню смертности туберкулез превосходит все остальные инфекционные заболевания, о чем свидетельствуют данные ВОЗ, согласно которым ежегодно в мире туберкулезом заболевают 10 миллионов человек, а умирает около 1,5 миллиона. Возбудитель туберкулеза — бактерия Mycobacterium tuberculosis, способная выживать в макрофагах − клетках иммунной системы, пожирающих чужеродные для человека бактерии.

Отмечающийся в последние десятилетия рост устойчивости M. tuberculosis к применяемым лекарственным препаратам стал серьезной проблемой для ученых и медиков. Для ее решения необходим поиск принципиально новых молекул-мишеней лекарственных соединений, а также понимание молекулярных механизмов, приводящих к возникновению лекарственной устойчивости.

Старший преподаватель Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) Наталья Струшкевич и ее коллеги исследовали кристаллическую структуру и функции рубредоксина B (RubB) − металлопротеина, который позволяет обеспечить нормальное функционирование белков семейства цитохром P450 (CYP) в условиях дефицита железа при образовании гранулем (безуспешная попытка иммунной системы человека побороть туберкулез). Ученые предположили, что бактерия M. tuberculosis способна «переключаться» на железосодержащий белок RubB в стрессовых условиях, и таким образом выживать и сохранять свои патогенные свойства.

«На протяжении длительного периода параллельной эволюции с млекопитающими бактерия M. tuberculosis «придумала» множество способов, как блокировать или обойти врожденный иммунный ответ хозяина – от распознавания механизмов антибактериальной и фагосомной защиты внутри инфицированных макрофагов до адаптивных иммунных ответов антигенпрезентирующих клеток. Процессы поглощения, хранения и утилизации железа не только являются неотъемлемыми условиями поддержания патогенности бактерии M. tuberculosis, но и могут способствовать возникновению новых штаммов со множественной и широкой лекарственной устойчивостью. В качестве источника железа M. tuberculosis предпочитает гем, который также является кофактором для различных метаболических ферментов. Полученные нами экспериментальные данные указывают на наличие связи между рубредоксином B и гемсодержащими монооксигеназами, имеющими важное значение для метаболизма иммунных оксистеринов хозяина и противотуберкулезных препаратов. Мы предположили, что бактерия M. tuberculosis имеет собственную систему трансформации ксенобиотиков, аналогичную системе метаболизма лекарственных соединений у человека», − рассказывает Наталья Струшкевич.

По ее словам, в настоящее время при создании лекарственных средств крайне востребованы новые мишени. К их числу относятся и ферменты семейства цитохром P450, которые можно использовать для разработки противотуберкулезных препаратов. Найти простое решение этой задачи при помощи классических методов вряд ли возможно. Наличие нового редокс-партнера, такого как RubB, позволит лучше понять, как эти ферменты функционируют в различных микросредах хозяина, и затем использовать полученную информацию для поиска новых способов их избирательного блокирования у M. tuberculosis.

В предыдущих исследованиях консорциума было показано, что один из белков семейства цитохром Р450, функционирование которого поддерживает RubB, способен нейтрализовать действие препарата SQ109, который проходит клинические испытания как лекарственное средство для лечения туберкулеза со множественной лекарственной устойчивостью. Еще одно исследование было посвящено изучению механизма, с помощью которого бактерия M. tuberculosis перехватывает сигнальные молекулы иммунной системы человека, что создает серьезные препятствия для создания новых лекарственных препаратов.

Исследование проводилось с участием специалистов Токийского университета, Института биоорганической химии НАН Беларуси, Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, Научно-исследовательского института биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича, Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова, Института обработки биологической информации (IBI-7: структурная биохимия), Юлихского центра структурной биологии, Юлихского научно-исследовательского центра и Европейского центра синхротронного излучения (ESRF).