Низкомолекулярные эффекторы лизоцима: влияние на активность фермента и его адсорбцию на бактериальных клетках

С каждым годом проблема антибиотикорезистентности бактерий становится все более и более острой. Уже обнаружены патогенные штаммы бактерий, устойчивые ко всем известным антибиотикам. В этой бесконечной «гонке вооружений» между людьми, что вкладывают колоссальные средства в разработку все новых антибактериальных препаратов, и бактериями с их удивительной мутационной изменчивостью, позволяющей им крайне быстро приобретать устойчивость к антибиотикам, ученые все время оказываются на шаг позади. Однако существуют альтернативные подходы в решении этой проблемы. Бактериолитические ферменты – это природные ферменты, которые разрушают бактериальную клеточную стенку, вызывая лизис и гибель бактерий. Особый интерес представляет фермент лизоцим, который обладает не только бактериолитическим действием, но также проявляет противогрибковую, противовирусную и даже противоопухолевую активность. В настоящей работе мы проводим исследование двух типов лизоцима – куриного яичного, который получил широкое распространение в пищевой промышленности и медицине, а также человеческого, являющегося как ферментом, так и важным иммуномодулятором человека. Бактериолитическая активность лизоцима зависит от ряда факторов, таких как pH, температура и ионная сила, однако существуют низкомолекулярные вещества, которые специфично регулируют его активность – эффекторы. Так, было показано, что глицин и заряженные аминокислоты, в отличие от неполярных аминокислот (кроме глицина), существенно увеличивают скорость лизиса бактериальных клеток лизоцимом. Аминокислоты являются безвредными, разрешенными к использованию компонентами биологических добавок и лекарственных средств, которые сами по себе в большом количестве содержатся в организме. Эффекты увеличения скорости лизиса клеток лизоцимом в присутствии заряженных аминокислот и глицина превосходили таковые для других низкомолекулярных веществ, например, для биогенных аминов триптамина и тирамина, а также милдроната и таурина. Поэтому в данном исследовании в качестве эффекторов-активаторов лизиса клеток мы выбрали именно глицин и заряженные аминокислоты. Ионы кальция, которые являются одними из наиболее распространенных ионов в биологических жидкостях, наоборот, уменьшают активность лизоцима. Их присутствие в растворе может замедлять протекание ферментативного лизиса клеток, поэтому нам было важно проверить, способны ли добавки эффекторов-аминокислот преодолеть ингибирующее действие ионов кальция. Однако совместное действие эффекторов на лизис бактериальных клеток лизоцимом также не было изучено. Здесь следует отметить, что механизмы влияния низкомолекулярных эффекторов еще не выяснены. В настоящей работе мы демонстрируем связь между активностью лизоцима и его адсорбцией на поверхности живых бактериальных клеток в присутствии эффекторов. Так называемая «непродуктивная» адсорбция бактериолитического фермента на бактериальной клетке, которая, в отличие от «продуктивной», не приводит к протеканию каталитического акта, является одним из эффективных механизмов защиты бактерий против бактериолитических факторов. Ввиду этого, исследование адсорбции лизоцима на живых бактериальных клетках обретает особую значимость. Изучение же совместного действия эффекторов позволит приблизиться к понимаю процесса ферментативного лизиса бактерий in vivo, а также отыскать комбинации эффекторов, обладающие фермент-активирующими свойствами пригодными для разработки новых эффективных антибактериальных препаратов на основе как куриного, так и человеческого лизоцимов. Целью исследования является выявление основных закономерностей действия глицина, глутамата, лизина, гистидина, аргинина, аспартата и ионов кальция в разных сочетаниях на лизис бактериальных клеток E. coli куриным и человеческим лизоцимами. Исследование лизиса бактериальных клеток в присутствии смесей эффекторов позволит разработать новые эффективные лекарственные препараты на основе лизоцима, а также приблизиться к пониманию работы фермента in vivo.