Российские биохимики провели масштабное квантово-химическое моделирование белка, который может использоваться в качестве антидота при отравлении фосфорорганическими соединениями (ФОС), что позволило детально изучить механизм его действия. К ФОС относятся пестициды и некоторые виды химического оружия. Статья опубликована в журнале Frontiers in Pharmacology. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).  

Несмотря на наличие международных документов, направленных на борьбу с распространением химического оружия, его использовали в военных конфликтах на Ближнем Востоке и действиях невоенного характера в Великобритании. Также известны случаи бытовых отравлений фосфорорганическими пестицидами, которые используются в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, зерна и древесины, а также с паразитами и сорняками. ФОС очень токсичны: они блокируют работу фермента холинэстеразы в организме человека, который обычно подавляет их активность. При отравлении этими соединениями могут наступить судороги, кома, летальный исход.

Чтобы создавать эффективные препараты для защиты от отравлений ФОС, необходимо детальное понимание механизма действия этих ферментов. Это и стало объектом исследования российских ученых. Современные исследования, направленные на изучение биологических антидотов, позволили группе ученых из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова получить новые варианты фермента бутирилхолинэстеразы, которые оказались способны расщеплять фосфорорганические соединения и нейтрализовать их. 


"Благодаря проведению масштабных расчетов на суперкомпьютере "Ломоносов-2" нам удалось получить полную, буквально с точностью до атома, картину работы этих ферментов", - говорит ведущий авторы статьи Александр Злобин из МГУ.

В эксперименте путем случайного перебора всех возможных комбинаций составляющих фермент аминокислот по одной из петель активного центра бутирилхолинэстеразы ученые получили варианты, способные расщеплять фосфорорганические соединения. Однако оставалось неизвестным, как именно новые комбинации аминокислот повлияли на 3D-структуру фермента и помогли ему приобрели новые свойства. Необходимо было рассчитать модели 3D-структур новых вариантов, для чего потребовалось перебрать тысячи возможных вариантов пространственного расположения их петель и отобрать наиболее вероятные. Такая задача предполагает большое количество вычислений, поэтому были задействованы мощности суперкомпьютера. Затем для каждой отобранной структуры рассчитали возможные пути прохождения реакции расщепления ФОС. Биохимики детально остановились на наиболее энергетически выгодных вариантах.

Ученые установили, что эффективность новых вариантов фермента связана с появлением в его структуре дополнительного остатка аминокислоты гистидина, у которого подходящее расположение для ускорения повторной активации фермента, что и обеспечивает его способность нейтрализовать ФОС. После реактивации фермент готов снова взаимодействовать с фосфорорганическими соединениями и разрушать их.
"Полученные результаты позволят в ближайшем будущем создавать новые, все более эффективные средства защиты и лечения при отравлении фосфорорганическими соединениями", - говорит руководитель исследования Иван Смирнов.

Похожие новости

  • 27/04/2018

    Российские биологи узнали, почему мутации не губят вирусы

    ​Вирусы крайне сложно уничтожить при помощи лекарств или радиации благодаря их главному недостатку – неточному копированию своего же собственного генного материала, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Microbiology and Molecular Biology Reviews (работа поддержана грантом РНФ — прим.
    293
  • 03/07/2018

    Последствия инфаркта миокарда предложили лечить генной терапией

    Российские ученые разработали новый метод генной терапии для лечения последствий инфаркта миокарда. Они предлагают доставлять в пораженные области сердца два гена: HGF и VEGF165. Они кодируют белки, которые помогают расти клеткам внутренней стенки сосудов и защищают клетки сердца от гибели при ишемии.
    161
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    308
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    467
  • 02/08/2018

    Московские ученые предложили новый метод таргетированной терапии рака

    ​Сотрудники факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова детально изучили связь между действием белка p53, метастазированием опухолей и «самоубийством» клетки. Они обсудили возможные подходы к прогнозированию развития метастазов и подбору лечения, а также предложили соединения, способные подавлять метастазирование.
    151
  • 30/03/2018

    Российские ученые создали синтетический аналог «кожи хамелеона»

    Российские ученые приняли участие в разработке материала, который по мягкости приближается к человеческой коже, а по умению менять цвет напоминает кожу хамелеона. Он представляет собой полимер, состоящий из нескольких типов звеньев-мономеров, и может пригодится для создания биологического импланта.
    457
  • 11/08/2018

    О влиянии старения на процесс восстановления почек

    ​Группа исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством профессоров Дмитрия Зорова и Егора Плотникова изучила влияние старения на такие ключевые клеточные процессы, как аутофагия, функционирование митохондрий и окислительный стресс.
    172
  • 17/01/2018

    Биомедицина побеждает рак, ломая механизм защиты клеток

    ​Среди всех наук сегодня абсолютный лидер по числу публикаций - биомедицина. А в этой "лиге" явный фаворит - запрограммированное самоубийство клеток или апоптоз. Статья о данном феномене публикуется в научных журналах каждые 33 минуты, намного опережая конкурентов.
    459
  • 20/08/2018

    Ученые установили, что на результат химиотерапии влияет процесс разрушения митохондрий

    ​Программируемое разрушение митохондрий, «энергетических станций» клеток, пределяет ответ опухолевых клеток на химиотерапию. Также этот процесс влияет на различные виды гибели клеток, такие как апоптоз и аутофагия.
    167
  • 20/04/2018

    Ученые обнаружили неожиданные функции белка, ответственного за программируемую гибель клеток

    Продолжая исследовать необычные роли белка каспаза-2, одного из важнейших участников апоптоза (программируемой клеточной гибели), биологи обнаружили еще один белок, с которым он может взаимодействовать.
    345