محققان مکانیسم تیکسوباکتین را در سطح اتمی کشف کردند


در مطالعه اخیر منتشر شده در طبیعتمحققان مکانیسم های زیربنایی اثر باکتری کشی تیکسوباکتین را در سطح اتمی بررسی کردند.

مطالعه: Teixobactin باکتری ها را با یک حمله دو طرفه به پوشش سلولی از بین می برد.  اعتبار تصویر: nokwalai/Shutterstock
مطالعه: Teixobactin باکتری ها را با یک حمله دو طرفه به پوشش سلولی از بین می برد. اعتبار تصویر: nokwalai/Shutterstock

زمینه

نگرانی های فزاینده ای در مورد مقاومت ضد میکروبی وجود دارد. بنابراین، توسعه آنتی بیوتیک ها با مکانیسم های جدید برای مبارزه با میکروب ها ضروری است. Teixobactin یک آنتی بیوتیک است که فاقد مقاومت ضد میکروبی است و فعالیت خود را در برابر باکتری های بیماریزای گرم مثبت مقاوم به چند دارو مانند مقاوم به متی سیلین نشان داده است. استافیلوکوکوس اورئوسانتروکوک های مقاوم به وانکومایسین و استرپتوکوک پنومونیه. هدف اصلی تیکسوباکتین لیپید II، پیش ساز پپتیدوگلیکان است. درک مکانیسم های تیکسوباکتین می تواند توسعه دارو را هدایت کند.

نویسندگان مطالعه حاضر قبلاً یک کمپلکس تشکیل شده توسط R4L10 (آنالوگ تیکسوباکتین مصنوعی) و لیپید II را مدل‌سازی کردند و الیگومریزاسیون پیچیده را به صورت خوشه‌هایی روی سطح غشاها نشان دادند. با این حال، هدف از الیگومریزاسیون در مکانیسم باکتری کشی teixobactin نیاز به بررسی بیشتر داشت.

در مورد مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان تجزیه و تحلیل قبلی خود را گسترش دادند تا مکانیسم های باکتری کشی teixobactin را به صورت مکانیکی آشکار کنند.

13ج15Teixobactin طبیعی نشاندار N-با تخمیر در میزبان بومی خود تولید شد Eleftheria terrae. پس از آن، لیپید II با استفاده از پلی ایزوپرنول فسفات پیش سازهای لیپید II، UDP-MurNAc (اوریدین دی فسفات-N-استیل مورامیک اسید)-پنتاپپتید، و UDP-GlcNAc (UDP-N-استیل گلوکوزامین) به عنوان سوبسترا سنتز شد. متعاقبا، ایستا 31طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای حالت جامد P (ssNMR) برای ارزیابی برهم‌کنش‌های teixobactin-lipid II، مشخص کردن pentapeptide لیپید II، ارزیابی توپولوژی غشاء و مطالعه برهم‌کنش‌های بین مولکولی teixobactin-teixobactin انجام شد.

میکروسکوپ فلورسانس برای ارزیابی دینامیک teixobactin در مجتمع و بررسی تجمع کمپلکس بر روی سطح وزیکول‌های تک لایه غول‌پیکر (GUVs) دوپ‌شده با Atto 550-tagged lipid II انجام شد. به علاوه، B. megaterium سلول های آنالوگ با یک تیکسوباکتین فلورسنت با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال برای بررسی الیگومریزاسیون تیکسوباکتین در سلول های باکتریایی تصویربرداری شدند. میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا (HS-AFM) برای ثبت رشد فیبرهای teixobactin-lipid II و ارزیابی تغییر شکل غشای سلولی باکتریایی انجام شد.

سنجش نفوذپذیری با باسیلوس سوبتیلیس برای ارزیابی دپلاریزاسیون و آسیب غشاء ناشی از تیکوباکتین انجام شد. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل کالریمتری تیتراسیون همدما (ITC) و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) برای تعیین پایداری ساختار پیچیده انجام شد. Teixobactin برای محاسبات ساختاری ساختار پیچیده در ترتیبات مولکولی کوارتت (4×4) و دایمر (2×2) teixobactin و lipid II بر اساس فاصله بین مولکولی teixobactin-teixobactin و بین سطحی teixobactin-lipid II ssNMR پارامتر شد.

نتایج

در تجزیه و تحلیل میکروسکوپ فلورسانس، فلورسانس اکسایمر پیرن در 490 نانومتر مشاهده شد که الیگومریزاسیون کمپلکس teixobactin-lipid II را تایید کرد و تجزیه و تحلیل ssNMR تأیید کرد که الیگومریزاسیون ناشی از لیپید II باعث نقص در غشای سلولی باکتری می شود. علاوه بر این، چندین قله متقابل در ssNMR مشاهده شد 13ج-13C طیف PARISxy از مجتمع در غشاها، مربوط به تماس بین مولکولی teixobactin-teixobactin (>> 10 Å) و تماس های سطحی بین teixobactin (F1) و لیپید II (MurNAc) 20 Å.

تولید ورقه های β ضد موازی بین مولکول های teixobactin مجاور بدون برخورد چرخه های depsi مشاهده شد و توسط اسیدهای آمینه d- و L-آمینه های مولکول های teixobactin به طور متناوب واقع شده است. باقی مانده های پنتاپپتیدی لیزین 3 (Lys3) -آلانین 4 (Ala4) -Ala5 از لیپید II سیگنال هایی از تحرک بالای باقی مانده ها و عدم دخالت آنها در تشکیل کمپلکس داد.

باقی‌مانده‌های پنتاپپتید E2 و A1 سیگنال‌های کاملاً تعریف‌شده‌ای برای تکسوباکتین طبیعی دادند، در حالی که باقی‌مانده K3 سیگنال‌هایی نشان‌دهنده تحرک متوسط ​​داد. ترموگرام ITC اتصال قوی تیکسوباکتین به لیپید II را نشان داد. در تجزیه و تحلیل HS-AFM، رشد فیبریلار و جذب روی غشای سلولی به ترتیب در 91 ثانیه و بین 91 ثانیه تا 350 ثانیه، با تغییر شکل غشاء بین 1070 و 1468 ثانیه مشاهده شد.

آزمایش‌های توپولوژی غشایی مجتمع انتقال مغناطیس از مولکول‌های لیپید و آب را از طریق اختلاط پروتون و قطبش متقاطع به 13هسته های C teixobactin. پارتیشن بندی زنجیره های جانبی Ile2،5،6 به غشاها و تداوم زنجیره های جانبی End10 در فاز آب مشاهده شد، و باقی مانده های آبگریز و آب دوست به ترتیب در زیر و بالای صفحات β به شدت از هم جدا شدند.

محاسبات ساختاری روی هم قرار گرفتن 25 ساختار و برهمکنش های بین مولکولی کامل برای دایمرهای داخلی در آرایش چهارگانه مولکول های پیچیده را نشان داد. شبیه‌سازی‌های MD اتصال قوی بین زنجیره‌های جانبی اندوراسیدیدین در ترمینال N teixobactin با PPi (پیروفسفات) مولکول لیپید II را نشان داد که گرفتن هدف را تسهیل می‌کند.

ورقه های β تشکیل شده توسط تیکسوباکتین متصل به مولکول لیپید II غشای سلولی باکتری، یک ساختار فیبریلی فوق مولکولی را تشکیل می دهد که به شدت لیپید II را جدا کرده و فسفولیپیدها را جابجا می کند، که منجر به نازک شدن و کاهش یکپارچگی غشاها می شود. باقیمانده‌های تکسوباکتین آبگریز، دارو را به غشای سلولی باکتری متصل می‌کنند و هنگامی که در ساختار فوق مولکولی ترکیب می‌شوند، لکه‌ای غلیظ از آبگریزی ایجاد می‌کنند. غلظت دم‌های C55 لیپید II در لکه آبگریز منجر به آسیب غشا با ایجاد نشت یون و در نتیجه افت پتانسیل غشا شد. Teixobactin می تواند با تبدیل هدف به یک مختل کننده غشای سلولی، محل مورد نظر را خراب کند.

نتیجه

به طور کلی، یافته‌های مطالعه اثر باکتری‌کشی تیکسوباکتین را روشن کرد. تشکیل ساختار فوق مولکولی توسط این دارو یک انحراف آشکار از اقدامات سنتی آنتی بیوتیک است. مکانیسم های ترکیبی دارو برای مهار سنتز پپتیدوگلیکان و اختلال غشاء ضربه بزرگی به پوشش سلولی باکتری ها بدون مقاومت ضد میکروبی به دلیل فساد هدف ایجاد می کند. علاوه بر این، تیکسوباکتین یک آنتی بیوتیک بی خطر با اختلال انتخابی غشاها تنها در شکل گیری ساختار فوق مولکولی است، که تنها در صورتی تشکیل می شود که غشاء دارای لیپید II باشد.



منبع