Немецкие исследователи выяснили, каким образом патогенные бактерии вводят токсины в клетку человека или животного. Оказалось, что для этого они используют крошечный «шприц», с помощью которого транспортируют ядовитые белки в клеточное ядро. Ученые нашли способ использовать этот механизм с благими намерениями: они придумали, как заменить опасные вещества в этом «шприце» на лекарства. По их словам, это откроет новые возможности в лечении рака, сделав его более эффективным и безопасным.
Вышеописанным инъекционным механизмом для заражения клеток пользуются многие патогенные микроорганизмы, в том числе бактерии E. coli, известная как кишечная палочка, и Y. Pestis, чумная палочка, являющаяся инфекционным агентом бубонной чумы. Прикрепляясь к поверхности клетки, они с помощью микроскопического «шприца» начинают формировать в ее мембране канал, через который затем вводят свое токсичное содержимое в уязвимое ядро клетки.
Попав внутрь токсичный белок, защищенный специальной капсулой, атакует внутренние структуры клетки, в результате чего она в течение нескольких минут погибает.
Этот смертоносный механизм был открыт профессором Стефаном Раунсером, возглавляющим Институт молекулярной физиологии Общества научных исследований Макса Планка в Дортмунде, и его командой. Помогла им в этом криоэлектронная микроскопия, технология, которой сегодня пользуются всего несколько исследовательских групп в мире. Метод, ставший одним из самых продвинутых инструментов в структурной биологии и принесший своим создателям Нобелевскую премию, предполагает изучение молекул при сверхнизких температурах, благодаря чему электроны не рассеиваются. Это позволяет изучать их структуру сразу в трех измерениях с беспрецедентно высоким разрешением – на уровне атомов.
В новом исследовании немецкие ученые поставили перед собой задачу выяснить, возможно ли заменить токсичное содержимое бактериальных «шприцов» другими, более полезными веществами – например, использовать их в качестве переносчиков лекарственных соединений. Как выяснилось, можно. Но при условии соответствия трем критериям. Во-первых, размер вводимых белков должен быть больше 20 килодальтон, во-вторых, они должны иметь положительный заряд и, в-третьих, не должны взаимодействовать с защитной капсулой токсина.
«Использовав ультрасовременную методику анализа, мы значительно приблизились к своей главной цели – использованию бактериальных «шприцев» для целенаправленной доставки терапевтических веществ в клетки организма», – отмечает профессор Раунсер, комментируя успешные результаты исследования.
Другим по-настоящему важным открытием работы команды, по его словам, стала возможность применять эти крошечные «шприцы» в онкологии. Ученый уверяет, что их можно модифицировать таким образом, чтобы они были способны распознавать злокачественные клетки и доставлять внутрь токсичные для тех вещества, не причиняя вреда здоровым клеткам. Но для этого необходимо провести ряд дополнительных исследований, чтобы понять, как именно молекулы соединяются с поверхностью клетки.
Чтобы патогенный микроорганизм мог доставить свое смертоносное содержимое в клетку хозяина (то есть организма, в котором он паразитирует), его инъекционный механизм должен сначала с ней состыковаться. При этом бактерии необходимо обмануть клетку-жертву, убедив ее, что несет она вовсе не яд, а безопасное вещество, которое можно смело поглотить. Для этого у них есть особые области, которые распознаются датчиками на поверхности клетки.
«В настоящее время мы ищем эти «док-станции» токсина, – говорит Раунсер. – Как только мы их найдем и установим, как именно бактерия связывается с клеточной поверхностью, мы сможем модифицировать инъекционный механизм, чтобы он мог распознавать раковые клетки. Это позволило бы вводить белок-убийцу исключительно в опухолевые клетки. Это откроет совершенно новые возможности в лечении рака, повысив его эффективность и минимизировав побочные эффекты за счет целенаправленной доставки терапевтических веществ».
