Ученые создали способ, позволяющий очень быстро определять реакцию клеток дрожжей на противогрибковые соединения. Специалисты применили набор штаммов пекарских дрожжей, где 64 критически важных белка, отвечающие за ключевые метаболические пути, слили с зеленым флуоресцентным белком GFP. Это позволило авторам оперативно получить данные о влиянии целого ряда новых веществ. Анализ информации улучшает понимание механизмов действия соединений и выявляет клеточные пути как мишени для будущих лекарств. Разработка сделает поиск и проверку средств от грибковых инфекций проще и экономичнее. Результаты работы поддержаны тремя грантами Российского научного фонда (РНФ).
Проблема грибковых инфекций и поиск решений
Ежегодно во всем мире от грибковых инфекций (таких как пневмонии и легочный аспергиллез) умирает свыше 1,5 миллиона человек. Основную угрозу представляют штаммы грибов, устойчивые к известным лекарствам. При этом выбор противогрибковых средств крайне ограничен: классов таких препаратов совсем мало. К некоторым из них грибки, например, отдельные виды кандиды, поражающей слизистые, выработали резистентность, что осложняет терапию. Для решения проблемы ученые выявляют уязвимые места (слабые места) в грибковых клетках как цели для новых препаратов. Однако классические методы (протеомный анализ, скрининг мутантных библиотек) трудоемки и требуют дорогого оснащения.
Эффективная методика от ФИЦ Биотехнологии РАН
Исследователи из Федерального исследовательского центра (ФИЦ Фундаментальные основы биотехнологии) РАН (Москва) и коллеги разработали простой и быстрый метод выявления уязвимостей в грибковых клетках.
Как устроено исследование с пекарскими дрожжами и зеленым флуоресцентным белком
Авторы экспериментировали с пекарскими дрожжами, удобным модельным организмом: их клетки делятся быстро и непритязательны к условиям роста. Используя базы данных белков, ученые выделили 64 белка, выполняющих в дрожжевой клетке ключевые функции: синтез аминокислот, защиту от окислительного стресса, удаление токсинов, энергетический обмен и клеточное деление.
Из коллекции дрожжевых штаммов ученые выбрали 64 варианта. В каждом из них один важный белок был помечен особым флуоресцентным маячком: к нему прикрепили зеленый флуоресцентный белок GFP. При облучении синим лазером GFP дает видимое зеленое свечение.
Перспективные решения в диагностике и терапии
Новая методика на основе флуоресцентных маячков GFP в пекарских дрожжах, поддержанная РНФ, представляет значительный шаг вперед. Она кардинально упрощает и ускоряет оценку действия потенциальных противогрибковых соединений, открывая путь к созданию эффективных средств против опасных грибковых инфекций и предлагая новые перспективные решения.
Ученые успешно протестировали 12 различных препаратов на клетках. Среди них были как известные противогрибковые средства, так и новые, малоизученные соединения. Используя специальный прибор для анализа свечения клеток, исследователи отслеживали изменения интенсивности свечения флуоресцентных так называемых маячков под действием каждого препарата. Это свечение меняется потому, что клетка реагирует на токсическое вещество (противогрибковый препарат), изменяя уровень выработки определенных белков. Эти изменения четко отражают специфику воздействия лекарственного вещества.
Новый подход к анализу клеточного ответа
Данный метод позволил полностью избежать трудоемкого протеомного анализа, требующего значительного времени и дорогостоящего оборудования. В короткие сроки ученые проанализировали реакцию клеток на 12 различных веществ и существенно углубили понимание механизмов их действия. Например, эксперимент дал возможность описать ранее неизвестный механизм работы алкилцитидинов: нового класса соединений с выраженной противогрибковой активностью. Их эффективность доказана, в том числе, против грибков, поражающих объекты искусства и картины.
Прорывное открытие и его радостные перспективы
Исследование показало, что под действием алкилцитидинов активируется биосинтез ароматических аминокислот. Этот процесс тесно связан с системами антиоксидантной защиты клетки. Данное открытие радостно открывает путь к разработке препаратов, способных избирательно воздействовать на этот процесс и эффективно уничтожать клетки болезнетворных грибков. Особенно обнадеживает тот факт, что этот биологический путь присутствует у грибов, растений и бактерий, но полностью отсутствует у человека и животных. Следовательно, препараты, нацеленные на него, будут избирательно действовать на грибы, не затрагивая клетки человека или животных.
Ценная цитата от эксперта
"Наш подход позволяет оценивать клеточный ответ на противогрибковое соединение без трудоемкого протеомного анализа: достаточно измерить свечение клеток панели из 64 штаммов. Это значительно быстрее и экономичнее, чем полная протеомика, и, что важнее, дает ценную информацию о клеточных процессах, вовлеченных в ответ на лекарство. Мы можем оперативно выявлять соединения с новыми механизмами действия, а не просто получать данные "вещество убивает грибную клетку или нет". Метод отлично работает на модельных дрожжах, и в будущем мы с оптимизмом надеемся расширить набор белков для более детальной характеристики механизмов действия отдельных соединений", — с энтузиазмом рассказывает Михаил Агафонов, доктор биологических наук, руководитель группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН, участник проектов, поддержанных грантами РНФ.
Сотрудничество ведущих научных центров
В этом важном исследовании принимали участие сотрудники Российского университета дружбы народов (Москва), Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе (Москва) и Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН (Москва).
Информация и фото предоставлены пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН
Удивительные биосенсоры световой природы уже скоро помогут учёным увидеть ранее скрытые уязвимые зоны в опасном грибке Candida albicans! Этот хитрый патоген способен вызывать серьёзные инфекции, особенно у людей с ослабленным иммунитетом.
Новое Оружие Против Грибковых Заболеваний
Блестящее открытие отечественных биологов дарит надежду! Используя особые органические молекулы с уникальными свойствами, они разработали тонкую технологию окрашивания клеток патогенного грибка. Эти умные молекулы ярко светятся, показывая специфические структуры внутри клеток Candida. Главный фокус направлен на изучение динамики клеточных стенок. Понимание того, как стенка растёт и обновляется — ключевой момент в поиске наилучшей точки для атаки лекарствами!
Точность Наноуровня и Надежды на Будущее!
Потрясающая точность новой технологии позволяет исследовать клеточную стенку с детализацией вплоть до нанометра! Знание молекулярных изменений под действием лекарств, стресса или по мере старения грибковых клеток — это прорывное знание. Оно необходимо для создания более надёжных и безопасных препаратов. Сейчас команда активно исследует фундаментальные процессы построения клеточной стенки, стремясь найти её самые уязвимые места, как настоящие слабые звенья прочной цепи.
Этот яркий прорыв открывает новые перспективы для разработки высокоэффективных и современных противогрибковых средств!
Источник: scientificrussia.ru
