Яд скорпиона помог в лечении мышей от туберкулеза
Два вещества в составе яда скорпионов Diplocentrus melici обладают противомикробными свойствами и эффективны против золотистого стафилококка и палочки Коха, причем не только против обычного патогена, но и устойчивого к лекарственным препаратам. Как сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи показали эффективность и безопасность нового вещества в экспериментах на больных туберкулезом мышах.
Сейчас известно около 1750 видов и подвидов скорпионов, но состав яда охарактеризован только у нескольких процентов из них. В него входят не только токсичные для человека вещества (большинство из них белки и пептиды, взаимодействующие с ионными каналами). Как выяснилось в последние годы, вещества в составе скорпионьего яда могут обладать антимикробными и противовоспалительными свойствами.
Среди скорпионов, яд которых не изучен — семейство Diplocentridae, практически все представители которого живут в Новом Свете. Профессор Ричард Зейр (Richard Zare) из Стенфордского университета и его коллеги из США и Мексики проанализировали яд скорпионов Diplocentrus melici, обитающих в Мексике. Ученые выделили из него два соединения, с помощью масс-спектрометрии и ядерного магнитного резонанса определили их структуру и проанализировали их свойства. Вещества, производные 1,4-бензохинона, в растворе были красного цвета. Однако в лиофилизованном (сухом) состоянии одно из них поменяло цвет на синий — авторы называли вещества «красное» и «синее» соответственно.
Так как масса веществ, полученных из яда D.melici была невелика, авторы разработали метод синтеза красного вещества из коммерчески доступного 3,4,5-триметоксифенола. Синее вещество исследователи получили в несколько стадий из 1,4-диметокси-2,3-дибромбензола.
Эксперименты in vitro показали, что оба вещества эффективно ингибируют золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) — патоген, который вызывает различные заболевания, начиная с кожных инфекций и заканчивая пневмонией и менингитом. За шесть часов они блокировали рост 90 процентов, а через сутки — 99,9 процента бактерий.
Синее вещество блокировало не только золотистый стафилококк. In vitro оно ингибировало рост вызывающей туберкулез палочки Коха (Mycobacterium tuberculosis). При этом оно действовало не только на бактерии, которые обычно используются в подобных экспериментах, но и на патоген, устойчивый к нескольким лекарственным препаратам, который выделили из клинических изолятов (то есть в больнице из мокроты туберкулезных больных). Оказалось, что синее вещество эффективно действует и на обычные, и на устойчивые к лекарствам бактерии в концентрациях, сравнимых с концентрациями существующих антибиотиков. Это, по мнению авторов исследования, делает новое вещество потенциально интересным препаратом для лечения туберкулеза.
Следующим шагом ученые проверили эффективность синего вещества на больных туберкулезом мышах. Животным из экспериментальной группы в течение двух месяцев через день давали синее вещество, животным из контрольной группы — солевой раствор. За это время мыши из экспериментальной группы практически выздоровели — они перестали терять вес и у них на 90 процентов уменьшилось количество патогена в мокроте по сравнению с животными из контрольной группы. В то же время у здоровых мышей, которых кормили синим веществом в течение месяца, легочная ткань практически не изменилась, в ней появились лишь несколько небольших инфильтратов.
Исследователи проверили токсичность синего вещества для человеческих клеток. Они провели эксперименты на культуре человеческих легочных клеток (в качестве модельных использовали линию аденокарциномы легких), и показали, что ни синее, ни красное вещество практически не причинили им вреда. Также ученые проверили действие новых веществ на двух компонентах крови — эритроцитах и периферических мононуклеарных клетках крови. Ни синее, ни красное вещество не вызывали гемолиза (разрушения эритроцитов) даже в больших концентрациях, но после 12-часового воздействия убивали больше половины периферических мононуклеарных клеток.
Так как патогенные микроорганизмы вырабатывают устойчивость к лекарственным препаратам, исследователи постоянно ищут новые антимикробные вещества. Порой их находят в неожиданных местах, например, в носу. Иногда удается создать модификацию старого антибиотика, которая становится способна убивать ранее устойчивые к нему бактерии. А после того, как ученые узнали кристаллическую структуру одного из ключевых ферментов палочки Коха, появилась надежда, что для этого патогена можно будет делать антибиотики «под заказ».
Екатерина Русакова
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.