Τα βακτηριακά κύτταρα διαθέτουν ένα επιπλέον «στρώμα» προστασίας σε σχέση με τα ζωικά κύτταρα που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα. Η «συναρμολόγηση» αυτής της… πανοπλίας απαιτεί πολλά βήματα, ορισμένα εκ των οποίων αποτελούν στόχους αντιβιοτικών όπως η πενικιλίνη και η βανκομυκίνη.
Απαθανατίζοντας το πορτρέτο της πρωτεΐνης-«κλειδιού»
Ωστόσο, μέχρι σήμερα, ένα σημαντικό βήμα της διαδικασίας παρέμενε στο σκοτάδι επειδή οι μοριακές δομές των πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε αυτό δεν ήταν γνωστές. Τώρα όμως ερευνητές του Πανεπιστημίου Ντιουκ κατάφεραν να… απαθανατίσουν το πορτρέτο μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται MurJ και η οποία αποτελεί «κλειδί» στο… χτίσιμο του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος αλλά και στην προστασία του από έξωθεν επιθέσεις. Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τη μοριακή δομή της MurJ στα τέλη Δεκεμβρίου στην επιθεώρηση «Nature Structural and Molecular Biology».
Οι ερευνητές που αναζητούν νέα αντιβιοτικά επιθυμούν διακαώς να κατανοήσουν καλύτερα τη δομή του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος ώστε να καταφέρουν να αναπτύξουν αποτελεσματικές θεραπείες δεδομένου του τεράστιου προβλήματος ανθεκτικότητας των βακτηρίων στα υπάρχοντα αντιβιοτικά. «Μέχρι σήμερα οι μηχανισμοί της MurJ αποτελούσαν ένα είδος «μαύρου κουτιού» σε ό,τι αφορά την κατανόηση της σύνθεσης του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος εξαιτίας τεχνικών δυσκολιών στη μελέτη της συγκεκριμένης πρωτεΐνης» ανέφερε ο κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης Σέοκ-Γιονγκ Λι, αναπληρωτής καθηγητής Βιοχημείας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Ντιουκ, και προσέθεσε: «Η έρευνά μας μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη αντιβιοτικών ευρέος φάσματος, ακριβώς επειδή κάθε τύπος βακτηρίου έχει ανάγκη τη δράση της συγκεκριμένης πρωτεΐνης».
Το άκαμπτο δίχτυ
Το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων αποτελείται από ένα υλικό που μοιάζει με άκαμπτο δίχτυ και ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη. Τα μόρια που απαιτούνται για τη σύνθεση της πεπτιδογλυκάνης παράγονται εντός του κυττάρου και στη συνέχεια χρειάζεται να μεταφερθούν στην κυτταρική μεμβράνη και να τη διαπεράσουν προκειμένου να κατασκευαστεί το εξωτερικό τοίχωμα.
Το 2014 μια άλλη επιστημονική ομάδα είχε ανακαλύψει πως η MurJ αποτελεί την πρωτεΐνη που «κατοικοεδρεύει» στην κυτταρική μεμβράνη και είναι υπεύθυνη για τη σωστή μεταφορά και κατανομή των δομικών λίθων από τη μεμβράνη στο τοίχωμα. Χωρίς τη MurJ, οι πρόδρομες μορφές της πεπτιδογλυκάνης συσσωρεύονται εντός του βακτηριακού κυττάρου και τελικώς το βακτήριο καταρρέει.
Πολλές ερευνητικές ομάδες έχουν επιχειρήσει να λύσουν τον γρίφο της δομής της MurJ χωρίς επιτυχία, κυρίως επειδή οι πρωτεΐνες της κυτταρικής μεμβράνης αποτελούν ένα άκρως δύσκολο αντικείμενο μελέτης.
Στο πλαίσιο της νέας μελέτης η ομάδα του δρος Λι κατάφερε την κρυστάλλωση της συγκεκριμένης πρωτεΐνης και τον προσδιορισμό της μοριακής δομής της με χρήση της μεθόδου κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. Επιπλέον πειράματα επέτρεψαν στους ερευνητές να προτείνουν ένα μοντέλο σχετικά με το πώς η πρωτεΐνη χειρίζεται τους προδρόμους της πεπτιδογλυκάνης και πώς τους κατανέμει.
Προς ανάπτυξη αναστολέων του μεταφορέα
Μετά τον προσδιορισμό της δομής της MurJ η ερευνητική ομάδα προσπαθεί τώρα να συλλάβει την πρωτεΐνη εν δράσει, πιθανώς κρυσταλλοποιώντας την, ενώ δεσμεύει κάποιον πρόδρομο πεπτιδογλυκάνης. «Αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί αυτός ο μεταφορέας και πώς θα μπορέσουμε να αναπτύξουμε έναν αναστολέα του συγκεκριμένου μεταφορέα» είπε ο δρ Λι.
Ο ερευνητής και οι συνεργάτες του διεξάγουν μελέτες σε ό,τι αφορά τη δομή και τη λειτουργία και άλλων σημαντικών «παικτών» της βιοσύνθεσης του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Πέρυσι δημοσίευσαν τη δομή ενός άλλου ενζύμου-«κλειδιού» της διαδικασίας που ονομάζεται MraY. Ελπίζουν ότι όλες αυτές οι έρευνες θα οδηγήσουν κάποια ημέρα σε νέα, πιο αποτελεσματικά αντιβιοτικά που θα σώσουν ζωές.
HeliosPlus
