Исследователи виртуально просеяли 11 973 825 коммерчески доступных молекул и в итоге получили три соединения, способных блокировать важные сигнальные белки бактерий. Такой подход может открыть новый путь к противомикробным препаратам против устойчивых инфекций, хотя найденные вещества пока нельзя считать готовыми антибиотиками.
Авторы сравнили почти 12 млн соединений с валдиомицином, природным веществом, которое подавляет бактериальные гистидинкиназы. Эти ферменты помогают микробам чувствовать изменения окружающей среды и передавать сигнал внутрь клетки, после чего бактерия меняет работу нужных генов. Через такие сигнальные системы патогены среди прочего могут управлять устойчивостью к лекарствам и факторами, помогающими заражать организм.
Исследователи сосредоточились на участке гистидинкиназ под названием H-box. Валдиомицин связывается с этой областью и мешает ферменту самостоятельно присоединять фосфатную группу, необходимую для передачи сигнала. Последовательность H-box хорошо сохраняется у разных бактериальных гистидинкиназ, а у человеческих сериновых, треониновых и тирозиновых киназ такого участка нет. Поэтому бактериальный механизм выглядит привлекательной мишенью для новых препаратов.
Чтобы не проверять миллионы веществ в пробирках, команда использовала аминокислотное картирование. Метод рассчитывает, как аминокислоты потенциального белкового окружения располагаются вокруг молекулы, а затем ищет соединения с похожей картиной взаимодействий. Подробная трёхмерная структура комплекса белка с веществом для такого первичного отбора не требуется.
Из почти 12 млн молекул вычислительный отбор оставил 714 кандидатов с достаточно высоким сходством с активной частью валдиомицина. В их структурах исследователи нашли 227 различных жёстких молекулярных каркасов, после чего выбрали один ранее не использовавшийся для блокирования H-box. На его основе химики синтезировали 15 производных и проверили их уже экспериментально.
Три вещества под обозначениями FF-054, FF-055 и FF-060 подавляли гистидинкиназы WalK, VicK и EnvZ. Для наиболее активных сочетаний концентрация, необходимая для снижения активности фермента наполовину, составляла от 4,39 до 259 мкМ. FF-055 и FF-060 подавляли VicK сильнее исходного валдиомицина: их показатели составили 6,92 и 4,39 мкМ против 25,8 мкМ у природного соединения.
Авторы дополнительно изменили отдельные аминокислоты в EnvZ. После замены серина в позиции 242 эффективность трёх кандидатов падала примерно в три-шесть раз. Такой результат указывает, что найденные вещества действительно взаимодействуют с нужной областью белка, а не просто случайно мешают работе фермента. Ядерный магнитный резонанс также подтвердил прямое взаимодействие соединений с участком EnvZ, содержащим H-box.
При этом исследование пока проверяло прежде всего способность молекул блокировать ферменты. Авторы не показали, что FF-054, FF-055 или FF-060 уже способны лечить бактериальную инфекцию у животных или человека. Ни один из известных ингибиторов гистидинкиназ такого типа пока не дошёл до клинического применения, поэтому следующим этапом должны стать проверки активности против самих бактерий, токсичности и поведения веществ в организме.
Поиск новых мишеней особенно важен на фоне роста устойчивости к антибиотикам. В 2023 году примерно каждая шестая лабораторно подтверждённая бактериальная инфекция в мире оказалась устойчивой к лечению антибиотиками, а с 2018 по 2023 год устойчивость росла более чем в 40% отслеживаемых сочетаний бактерий и препаратов.