Учёные впервые увидели, как природа собирает пенициллин

Исследователи из Оксфордского университета и международных лабораторий впервые наблюдали быстрые химические стадии образования бета-лактамных антибиотиков, включая пенициллин. Результаты опубликованы в журнале Nature Catalysis. Об этом пишет издание Phys.org.

Учёные использовали рентгеновские лазеры на свободных электронах, чтобы проследить за ферментом изопенициллин-N-синтазой (IPNS) в реальном времени. Они зафиксировали тиоальдегидный интермедиат и монокликлический бета-лактамный интермедиат — первые кольцевые структуры на пути к полному каркасу пенициллина. Это разрешило вопрос, остававшийся открытым более четырёх десятилетий.

Для съёмки реакции образцы микрокристаллов фермента наносили на движущуюся ленту шириной 2 мм. При попадании в камеру с кислородом реакция запускалась одновременно во всех кристаллах, а ультрабыстрые импульсы лазера фиксировали снимки с атомным разрешением. Тысячи кадров сложились в покадровый «молекулярный фильм» биосинтеза пенициллина.

Работа также показала, что молекулы воды внутри фермента направляют реакцию, а тонкие движения всей структуры помогают контролировать химические шаги. Это даёт новые принципы для инженерного конструирования ферментов и дизайна катализаторов, выходящие за пределы антибиотиков.

Сегодня одна из шести бактериальных инфекций устойчива к антибиотикам. Понимание того, как природа строит эти молекулы, — важный шаг к созданию новых лекарств, отмечают авторы исследования.