Линия молекулярной сборки для разработки, упрощение испытаний лекарственных соединений


Исследователи из Университета штата Северная Каролина нашли способ отрегулировать конвейер молекулярной сборки, который создает антибиотики с помощью инженерного биосинтеза. Эта работа может позволить ученым быстро и эффективно улучшать существующие антибиотики, а также разрабатывать новые лекарственные препараты-кандидаты.

Бактерии – такие как Кишечная палочка – использовать биосинтез для создания молекул, которые сложно создать искусственно.

«Мы уже используем бактерии для производства ряда лекарств», – говорит Эдвард Калкройтер, бывший аспирант штата Северная Каролина и ведущий автор с описанием исследования. «Но мы также хотим внести изменения в эти соединения; например, существует большая лекарственная к эритромицину. Общей целью является способность создавать молекулы с аналогичной активностью, но с повышенной эффективностью против устойчивости».

Представьте автомобильную сборочную линию: на каждой остановке вдоль линии изображен робот, который выбирает конкретную часть автомобиля и добавляет ее к целому. Теперь замените машину эритромицином, а ацилтрансферазу (АТ) – ферментом – в качестве робота на станциях вдоль сборочного конвейера. Каждый «робот» AT выберет химический блок или блок-расширитель для добавления к молекуле. На каждой станции AT имеет 430 аминокислот или остатков, которые помогают ему выбрать, какой блок-расширитель добавить.


«Различные типы модулей-удлинителей влияют на активность молекулы», – говорит Гэвин Уильямс, профессор химии, заслуженный ученый LORD Corporation в штате Северная Каролина и автор исследования. «Идентификация остатков, которые влияют на выбор модуля-удлинителя, – это один из способов создания молекул с желаемой активностью».

Команда использовала молекулярно-динамическое моделирование для изучения остатков AT и определила 10 остатков, которые существенно влияют на выбор единицы удлинителя. Затем они выполнили масс-спектрометрию и in vitro ферментов AT, у которых были изменены эти остатки, чтобы подтвердить, что их активность также изменилась. Результаты подтвердили прогнозы компьютерного моделирования.

«Эти симуляции предсказывают, какие части фермента мы можем изменить, показывая, как фермент перемещается с течением времени», – говорит Калькройтер. «Обычно люди смотрят на статические, неподвижные структуры ферментов. Из-за этого трудно предсказать, что они делают, потому что ферменты не статичны по своей природе. До этой работы считалось или было известно, что очень мало остатков влияет на выбор единицы разбавителя. “

Уильямс добавляет, что манипулирование остатками позволяет значительно повысить точность перепрограммирования линии сборки биосинтеза.

«Раньше исследователи, которые хотели изменить структуру антибиотика, просто заменяли весь фермент AT», – говорит Уильямс. «Это эквивалентно удалению целого робота с конвейера. Сосредоточив внимание на остатках, мы просто заменяем пальцы на этой руке – как перепрограммируем рабочую станцию, а не удаляем ее. Это позволяет добиться гораздо большей точности.