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

  • 26/07/2018

    Антитела из полимеров позволят эффективно уничтожать раковые клетки

    ​Международная группа исследователей под руководством Николая Барлева, заведующего Лабораторией клеточного сигналинга МФТИ, показала принципиальную возможность создания нового класса противоопухолевых препаратов на основе nanoMIP - «пластиковых антител».
    164
  • 01/08/2018

    Интерфероны запускают раннее самоубийство клеток в ответ на инфекцию

    ​Российские ученые совместно с зарубежными коллегами обнаружили, что еще до активации иммунного ответа организма на инфекцию зараженные клетки начинают бороться с ее распространением. Это происходит благодаря белкам-интерферонам, которые синтезируются во всех клетках организма.
    109
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    183
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    244
  • 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
  • 08/06/2018

    Ученые избавили клетки от «кислородного стресса»

    Российские ученые совместно с британскими коллегами предложили технологию, позволяющую анализировать живые ткани и клетки под микроскопом. Метод позволит проводить экспресс-анализ токсичности магнитных наночастиц размером около 10 нанометров, которые применяются для создания противоопухолевых препаратов.
    259
  • 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.
    168
  • 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
  • 11/12/2017

    Ученые нашли гены, защищающие от болезней иммунной системы

    ​Ученые из Эндокринологического научного центра Минздрава России (НМИЦ эндокринологии) исследовали генетическую предрасположенность россиян к развитию тяжелых аутоиммунных заболеваний, поражающих железы внутренней секреции, и разработали комплекс мер по раннему выявлению новых заболеваний.
    224
  • 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