Криоэлектронная микроскопия выявила мишени для лекарств против распространённого грибка

Большинство людей являются носителями грибка Candida albicans без серьёзных последствий. Однако системная инфекция, вызванная этим грибком, опасна и трудно поддаётся лечению. Эффективных противомикробных средств мало, а устойчивость к препаратам растёт. Международная группа учёных, включая Альберта Гуськова, доцента Гронингенского университета, использовала метод одночастичной криоэлектронной микроскопии для определения структуры грибковой рибосомы. Их результаты, опубликованные в Science Advances 25 мая, выявили потенциальную мишень для новых лекарств.

Candida albicans обычно не вызывает проблем или приводит лишь к легко излечимой кожной инфекции. Однако в редких случаях он может вызывать системные инфекции, способные привести к летальному исходу. Существующие противогрибковые препараты имеют множество побочных эффектов и дороги. Более того, C. albicans становится всё более лекарственно-устойчивым, поэтому существует реальная потребность в новых мишенях для препаратов. «Мы отметили, что ни один противогрибковый препарат не нацелен на синтез белка, в то время как половина антибактериальных препаратов воздействует на эту систему», — говорит Гуськов. Причина в том, что грибковые рибосомы — клеточные машинерии, транслирующие генетический код в белки, — очень похожи у людей и грибов. «Следовательно, потребуется очень селективный препарат, чтобы не убивать наши собственные клетки».

Атомное разрешение

Поэтому Гуськов и его коллеги предположили, что получение структуры рибосом C. albicans будет ценным для поиска мишеней для лекарств. Классический подход — выращивание кристаллов из очищенных рибосом и определение их структуры с помощью рентгеновской кристаллографии — является трудоёмким. Вместо этого они использовали одночастичную криоэлектронную микроскопию, при которой множество отдельных частиц визуализируются при очень низких температурах в электронном микроскопе. Изображения отдельных частиц, видимых под разными углами, впоследствии объединяются для получения структуры с атомным разрешением.

Мутация

«Таким образом мы определили структуры свободных и связанных с ингибитором грибковых рибосом и сравнили их функции с рибосомами дрожжей и кролика — последние в качестве модели человеческой рибосомы — и повторили это для рибосом, связанных с разными ингибиторами», — объясняет Гуськов. Одним из этих ингибиторов был противомикробный циклогексимид (CHX), к которому, как известно, устойчив C. albicans. Сравнивая структуры, учёные обнаружили, что единственная мутация в E-сайте, играющем ключевую роль в синтезе белка, препятствует связыванию CHX с рибосомами C. albicans. «Мутация изменила одну аминокислоту в структуре этого E-сайта с пролина на глутамин. Эта замена уменьшает размер сайта связывания, поэтому ингибитор не может присоединиться и, следовательно, неэффективен», — отмечает Гуськов. Другой ингибитор, филлантосид, не блокируется этой мутацией.

Угроза

«Сравнивая структуры E-сайтов в свободных рибосомах C. albicans и человека, а также информацию о том, как разные ингибиторы связываются с этим сайтом, мы можем разработать специфический ингибитор, который блокирует грибковые рибосомы, но не человеческие. Это был бы селективный препарат для лечения грибковых инфекций», — отмечает Гуськов. Учёные в настоящее время проводят скрининг библиотек молекул для поиска перспективных соединений. «Разработать вакцину против C. albicans, как мы сделали для коронавируса, чрезвычайно сложно. Поэтому нам нужны препараты для лечения системных инфекций», — объясняет он. «Растущая лекарственная устойчивость этого грибка представляет реальную угрозу. Если это продолжится, у нас могут возникнуть серьёзные проблемы, если не будут разработаны новые препараты».