Triky přírody: vědci odhalují, jak vznikají nová antibiotika

Ztráta účinnosti antibiotik v důsledku rostoucí odolnosti patogenních bakterií představuje stále větší výzvu pro moderní medicínu a vědu. Výzkumníkům z Mikrobiologického ústavu AV ČR ve spolupráci s vědci z Tokijské univerzity se podařilo dešifrovat klíčový molekulární mechanismus, kterým příroda – konkrétně půdní mikroorganismy – vytváří antibiotika ze skupiny linkosamidů. Tento výzkum, publikovaný v prestižním časopise Nature Chemistry, přináší zásadní poznatky o přírodních mechanismech tvorby linkosamidů, jež lze využít i při návrhu antibiotik nové generace.

Linkosamidová antibiotika jsou efektivní v boji proti závažným bakteriálním infekcím včetně takových, které způsobují některé rezistentní patogeny. Český tým už dříve dosáhl úspěchu vytvořením vysoce účinného hybridního linkosamidového antibiotika, které kombinuje vlastnosti dvou přírodních látek. „Tento úspěch byl možný díky našemu objevu, že dva velmi podobné enzymy z příbuzných biosyntetických drah katalyzují překvapivě zcela odlišné reakce,“ vysvětluje Zdeněk Kameník, vedoucí české části týmu z Mikrobiologického ústavu AV ČR (MBÚ AV ČR).

Výrobní linka antibiotik

Biosyntéza antibiotik funguje jako promyšlená výrobní linka v továrně. Na jejím začátku je jednoduchá molekula, kterou lze najít v každé buňce. Jen několik půdních mikroorganismů má však specializované enzymy, tedy „dělníky“, kteří tuto molekulu postupně upravují. Krok za krokem vzniká složitá látka přesně tvarovaná tak, aby se dokázala přicvaknout k ribozomům patogenních bakterií, kterým tak znemožní další existenci.

„Každý enzym ve výrobní lince má specifický úkol. My jsme zjistili, co způsobuje, že dva podobné enzymy ze dvou různých mikroorganismů vykonávají zcela odlišné funkce, což vede k produkci rozdílných linkosamidových antibiotik,“ popisuje člen týmu Stanislav Kadlčík z MBÚ AV ČR. V aktuálním výzkumu vědci detailně objasnili, jak odlišné „šroubováky a klíče“ tato dvojice enzymů využívá, aby správně plnily svou roli. Tyto poznatky zahrnují přesnou identifikaci klíčových aminokyselin v katalytickém centru enzymů a jejich vliv na výslednou chemickou strukturu antibiotik.

Výsledky ukazují, že příroda umí „přeprogramovat“ enzymy pouhou výměnou několika aminokyselin, čímž se celý biosyntetický proces posune do jiné dráhy a vznikne odlišná látka. „Tyto znalosti nám ukazují, jak příroda vytváří nové antibiotické látky. Můžeme je využít nejen k pochopení evoluce těchto procesů, ale i k přípravě nových léků, které budou účinné i proti stále odolnějším bakteriálním patogenům,“ uzavírá Zdeněk Kameník.

Tento dlouhodobý výzkum byl podpořen řadou grantů, včetně prestižní prémie Lumina Quaeruntur od Akademie věd ČR, zaměřené na podporu mladých vědeckých týmů. ­­

Kontakt:

Petr Solil, prmbu@biomed.cas.cz

Přečtěte si také

• Vědci odhalili buňky, které pohánějí zánět u roztroušené sklerózy
• Zarůstání středomořské krajiny ohrožuje unikátní noční motýly
• Když příroda hází kostkou: nepředvídatelnost prostředí mění růst čolků
• Sociální sítě pomáhají vědcům sledovat kvetení invazních rostlin
• Sociologický ústav AV ČR oslaví 60 let svého vzniku
• Začíná 21. cyklus Akademických půlhodinek
• První pozorování dvojice černých děr na společné oběžné dráze
• Imunitní reakce rostlin v přímém přenosu
• Program festivalu Týden AV ČR je zveřejněný. Nově nabízí i kino
• Akademie věd ocení v tomto týdnu pět osobností