Кіріспе

Тироцидин - топырақта кездесетін Brevibacillus brevis бактериясы өндіретін циклдік декапептидтер қоспасы. Ол 4 түрлі амин қышқылдар тізбекінен құралуы мүмкін, тироцидиннің AD- ы (Көріңіз 1- сурет). Тироцидин - грамицидинді де қамтитын тиротрициннің негізгі құрамдас бөлігі. Тироцидин коммерциялық сатылымға шыққан алғашқы антибиотик болды, бірақ оның адам қаны мен репродуктивті жасушаларға уытты екені анықталды. Тироцидиннің қожайын B. brevis- тің құрамындағы қызметі спорацияны реттеу деп есептеледі. Тироцидиндер А, В және С циклдік декапептидтер болып табылады. Тироцидиннің биосинтезі үш ферментпен жүзеге асады. Оның реттілігінің кейбір бөліктері грамицидин S- мен бірдей.

Тарих

1939 жылы америкалық микробиолог Рене Дубос топырақтағы бактерия Bacillus brevis-ті тапты. Ол микробтың пневмококк бактериясының капсуласын ыдырата отырып, оны зиянсыз етіп шығара алатынын байқады. Ол топырақ микробы B. brevis-тен тиротрицинді бөліп алды, бұл бактериялардың үлкен ауқымына жоғары улы әсер етті. Кейін тиротрицин грамицидин мен тироцидин пептидтерінің қоспасы екені анықталды. Бұл заттардың адамдағы қызыл қан клеткалары мен репродуктивті клеткаларға токсикалық әсері байқалды, алайда сыртынан майлау ретінде тироцидинді қолдану кезінде де күшті микробқа қарсы препарат ретінде қолдануға болады. Дубостың бұл жаңалығы пенициллинді зерттеуге қызығушылықты оятуға көмектесті.

Әрекет ету механизмі

Тироцидиннің ерекше әрекет ету тәсілі бар, ол жасуша мембранасының қызметін бұзады, бұл оны инжинирингтік туындылар үшін қолайлы нысанаға айналдырады. Тироцидин микробтың ішкі мембранасының липидтік қабатын мембрананың липидтік фазасына еніп, бұзады. Тироцидиннің фосфолипидтік қос қабатындағы нақты туыстығы мен орналасуы әлі белгісіз.

Биосинтез

Тироцидиннің биосинтезі грамицидин S- ге ұқсас және рибосомалық емес протеин синтетазалардың (NRPS) көмегімен жүзеге асады. Оның биосинтезі ферменттік жиынтық арқылы жүзеге асады, ол 10 модульді қамтитын 3 пептид синтеза протеинінен, TycA, TycB және TycC- дан тұрады. Тироцидиннің әр түрлі аналогтарын (AD) әр түрлі ферменттер емес, белгілі бір орындарында құрылымы ұқсас әр түрлі амин қышқылдарын құрастыра алатын фермент жүйесі жасайды. Амин қышқылдарының реттілігі РНК үлгісімен емес, ферменттің құрылымымен анықталады. Тироцидин синтезазалары TycA, TycB және TycC тироцидин оперонында кодталады. Бұл үш синтетазаның үш кодталған генінен және қосымша үш ашық оқу фреймінен (ORF) тұрады. TycD, TycE және TycF деп белгіленген бұл ORF-тар үш синтетаза генінің төменгі ағысында орналасқан (Көрші 2- суретті). TycD және TycE субстраттарды мембрана арқылы тасымалдауға көмектесетін АТФ-ты байлайтын кассеталар (АВК) тасымалдаушылар отбасының мүшелеріне ең көп ұқсастығы бар. Тандемдік тасымалдаушылар тироцидин секрециясы арқылы өндіруші жасушада резистенттілікті беруде рөл атқарады деп болжанады. TycF тиоэстераза (TE) ретінде анықталды және пептид синтетазаларын кодтау үшін пайдаланылатын бактериялық оперондардағы басқа TE- ге ұқсас. Алайда, бұл ТЭ-нің нақты қызметі әлі белгісіз. Пептидтік тізбектің ұзартылуы жоғары ағыстағы ПЦП-ны іргелес төменгі ағыстағы ПЦП-ға байланған мономерге конденсациялау арқылы жүзеге асырылады. Кейбір домендердің модификациялық субдомендері бар, мысалы тироцидиннің 1 және 4-домендерінде көрінетін E субдомені, ол D конфигурациялы амин қышқылын тудырады. Соңғы модульде циклдендіру немесе өнімнің босатылуы үшін катализатор ретінде пайдаланылатын TE домені бар. Өнімнің тасымалдаушы белоктан босатылуы TE- нің белсенді орны сериннің ацилирленуі арқылы жүзеге асырылады, онда декапептид тиол эфирінен серин қалдықтарына көшіріледі. Деацилдеу кейін молекулааралық циклдену немесе гидролиз арқылы циклдік немесе сызықтық өнім алуға болады (4- суретті қараңыз). Тироцидиннің жағдайында сақинаның жабылуы 4 H байланыстары арқасында декапептид тірек сүйегінің тұрақты конформация алуына көмектесетіндігі дәлелденді (5- суретті қараңыз).

Химоферменттік стратегиялар

Пептидтік тізбекті макроциклизациялаудың жалпы биохимиялық шешімі жоқ. Оқшауланған тироцидин (Tyc) ТЭ домендері химиялық жолмен алынған пептидил-тиоэстер субстраттарын циклдеу үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл жаңа циклдік қосылыстарға күшті жолды қамтамасыз етеді. Бұл макроциклизация үшін пептидтік тізбектің С- нүктесінде N ацетилцистеаминді (SNAC) қалдыратын топпен белсендірілуі керек. Тироцидиннің 10 орны арқылы аланинді сканерлеу жеткілікті циклдеу үшін D Phe және L Orn ғана қажет екенін көрсетеді. Tyc TE-ді сонымен қатар биомиметикалық жолмен қолдануға болады, онда ол ТЭ доменінің субстраттың ПЦП-мен полиэтилен гликол (ПЭГ) амид шайырмен байланысқан синтетикалық тіректі пайдалану арқылы жасалатын ортаны еліктейді. Бұл шайырды оқшауланған ТЭ-мен қажетті субстратқа байлауды қолдану шайырдың каталитикалық босатылуына, сондай-ақ субстраттың макроциклдануына мүмкіндік береді (6-суретті қараңыз). Қатты фазалы пептид синтезін (ҚФПС) қолдану пептид тізбегіне мономерлердің әртүрлі массивін қосуға мүмкіндік берді. Кейінгі зерттеулерде пептидтік тіректің синтетикалық түрін өзгерту үшін Tyc TE жоғары төзімділігін қолданды. Бұл сондай-ақ тирозин немесе серин қалдықтарын гликозилдеуге мүмкіндік берді. Осы әдістердің көмегімен көптеген жаңа терапиялық препараттар жасалды.