Особенно агрессивный гриб Cryptococcus neoformans, который может легко привести к смертельной инфекции, особенно у пациентов с ослабленным иммунитетом, имеет четыре гена, которые, по-видимому, кодируют такие ферменты. Однако до сих пор удалось показать только три из них, действительно, хитиндеацетилазы. Функция четвертого белка неизвестна.
Исследователи из Мюнстерского университета (Германия) подробно изучили этот четвертый фермент. Они обнаружили, что этот фермент представляет собой хитозандеацетилазу, которая ранее не описывалась. Исследование опубликовано в журнале PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Предпосылки и методы
Хитин – полисахарид, я.е. гигантская молекула, состоящая из тысяч отдельных сахаров, связанных вместе, как нить жемчуга. Он играет ту же роль в клеточных стенках грибов, что и более известная целлюлоза в клеточных стенках растений. В отличие от целлюлозы, которая состоит из одной сахарной глюкозы, хитин состоит из единиц N-ацетилглюкозамина, т.е.е. более сложный простой сахар, который несет основную аминогруппу и присоединенную к ней молекулу уксусной кислоты.
Фермент хитиндеацетилаза удаляет некоторые молекулы уксусной кислоты в цепи хитина, но не все из них, в результате чего в качестве продукта образуется хитозан. Таким образом, хитозан состоит из двух разных простых сахаров: строительного блока хитина N-ацетилглюкозамина и строительного блока хитозана глюкозамина.
Исследователи под руководством проф.
Доктор. Бруно Мершбахер из Института биологии растений и биотехнологии Университета Мюнстера разработал биотехнологические методы для введения таких генов в бактерию E. coli и подробно охарактеризовать ферменты, вырабатываемые этими бактериями. Используя современную масс-спектрометрию, они секвенировали продукты этих ферментов:.е. расшифровал последовательность блоков хитина и хитозана.
Затем они смогли проанализировать биоактивность продуктов и, таким образом, понять взаимосвязь между их структурами, с одной стороны, и их функциями, с другой.
«Очевидно, хитиндеацетилазам необходимо несколько блоков хитина, расположенных рядом друг с другом в цепи, чтобы атаковать молекулу и удалить уксусную кислоту», – объясняет биохимик Бруно Мершбахер. "Вот почему в конце всегда остаются строительные блоки из хитина.
Затем новая хитозандеацетилаза может также удалить эти последние молекулы уксусной кислоты."Было очевидно подозрение, что только этот последний шаг делает гриб действительно невидимым для иммунной системы человека. И действительно: в сотрудничестве с дерматологами из Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф исследователям удалось показать, что хитозан, который по-прежнему несет в себе множество молекул уксусной кислоты, стимулирует иммунную систему даже сильнее, чем хитин. Только лечение хитозандеацетилазой приводит к продукту, который больше не активирует иммунную систему.
Таким образом, хитозандеацетилаза является важным инструментом гриба для атаки своего хозяина под хитиновым радаром его иммунной системы. Полное удаление молекул уксусной кислоты из хитина действует как своего рода плащ-невидимка, делая грибок невидимым для иммунной системы. «Это делает хитозандеацетилазу интересной мишенью для новых лекарств», – комментирует д-р. Кристиан Горзеланни из Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф, ранее работал в исследовательской группе Бруно Мёршбахера в Мюнстерском университете. Леа Хембах, аспирантка из Мюнстера и первый автор исследования, добавляет: «Фунгицид на основе ингибитора, который специфически ингибирует этот фермент, вообще не будет вредным для людей или других организмов, поскольку у них нет такого редкого фермента."
В новом проекте под руководством биоинформатика д-ра. Ратна Сингх, исследователи из Мюнстера уже ищут такой ингибитор.
Бруно Мёршбахер также надеется, что его исследовательская группа преуспеет в разработке особенно сильного иммуностимулирующего "конструктора" хитозана.