ИСТИНА

В связи с угрожающими темпами роста числа антибиотикорезистентных штаммов бактерий и широким распространением тяжелых инфекций, вызванных полирезистентными бактериями, необходим поиск новых, более эффективных подходов к антимикробной терапии, который не представляется возможным без понимания молекулярных механизмов взаимодействия антимикробных соединений с бактериальными клетками. Наружная мембрана грамотрицательных бактерий является «первой линией» защиты бактериальных клеток от антимикробных соединений, в том числе благодаря способности бактерий модифицировать структуру и изменять физико-химических свойства клеточной поверхности. Использование молекулярного моделирования является очень перспективным подходом для установления детальных молекулярных механизмов действия антимикробных соединений на бактериальные мембраны. В предлагаемом проекте с помощью методов молекулярного моделирования будет изучено влияние физико-химических свойств наружных бактериальных мембран различного состава на взаимодействие с разными классами катионных антимикробных соединений (антисептиками, бетапептидами, фотосенсибилизаторами и флуорофорами). Для достижения этой цели планируется создать полноатомные и крупнозернистые молекулярно-динамические модели антимикробных соединений и липополисахаридных мембран клеточных стенок E.coli и P. aeruginosa с О-антигенными цепями различной длины и антигенами, содержащими полирамнозу, а также модифицированными липополисахаридами, содержащими в составе липида А и коровой части положительно заряженные остатки фосфоэтаноламина/аминоарабинозы.

Due to the alarming growth rates of the number of antibiotic-resistant bacterial strains and the widespread of severe infections caused by multi-resistant bacteria, a search for new, more effective approaches to antimicrobial therapy is needed, which is not possible without clear understanding of the molecular mechanisms of antimicrobial compounds interaction with bacterial cells. The outer membrane of Gram-negative bacteria is the “first line” of protection of bacterial cells from antimicrobial compounds, including the ability of bacteria to modify the structure and change the physicochemical properties of the cell surface. The use of molecular modeling is a promising approach for establishing detailed molecular mechanisms of antimicrobial compounds action on bacterial membranes. In the proposed project, using the methods of molecular simulation, the effect of the physicochemical properties of outer bacterial membranes of various compositions on the interaction with different classes of cationic antimicrobial compounds (antiseptics, beta peptides, photosensitizers, and fluorophores) will be studied. To achieve this goal, we plan to create all-atom and coarse-grained molecular dynamics models of antimicrobial compounds and lipopolysaccharide membranes of E. coli and P. aeruginosa cell walls with O-antigen chains of various lengths and antigens containing polyrhamnose, as well as modified lipopolysaccharides containing positively charged phosphoethanolamine/aminoarabinose residues in lipid A and core.

1.Будут созданы полноатомные и крупнозернистые модели катионных антимикробных веществ разных классов: антисептиков (хлоргексидина, пиклоксидина, октенидина, мирамистина), бетапептидов. 2.Будут созданы полноатомные и крупнозернистые модели липополисахаридов клеточных стенок E.coli и P. aeruginosa с О-антигенными цепями различной длины, антигенами, содержащими полирамнозу, а также модифицированных липополисахаридов, содержащих в составе липида А и коровой части положительно заряженные остатки фосфоэтаноламина/аминоарабинозы. 3.На основе крупно-зернистых моделей одиночных молекул липополисахаридов различного состава будут созданы модели наружных бактериальных мембран с разными антигенными цепями и модификациями липополисахаридов и будет оценено их взаимодействие с катионными антимикробными соединениями с помощью методов молекулярной динамики (МД). 4.На основе проведенных МД расчетов будет исследовано сродство катионных антимикробных соединений (антисептиков, фотосенсибилизаторов, антимикробных пептидов) к наружным мембранам грамотрицательных бактерий, в том числе несущих модификации, уменьшающие отрицательный заряд липополисахаридов. Использование в моделировании катионных антимикробных соединений различной химической природы позволит проанализировать возможность выработки универсальных механизмов бактериальной резистентности к широкому кругу катионных антимикробных соединений.

Основным направлением исследований является изучение взаимодействия поликатионных соединений (антисептиков, фотосенсибилизаторов) с бактериями и биопленками в целях борьбы с антибиотикорезистентными возбудителями инфекционных заболеваний. Получены приоритетные данные о видовой гетерогенности чувствительности патогенных бактерий (более 20 видов и штаммов) к поликатионным флуорофорам, красителям-фотосенсибилизаторам, подтвержденной различной эффективностью связывания бактериальными клетками этих антимикробных агентов. Разработана крупнозернистая (CG) молекулярная модель антимикробного фотосенсибилизатора октакис(холинил)фталоцианина цинка. Полученная модель использована для исследования сольватационного поведения молекул фталоцианина и молекулярных деталей взаимодействий между фталоцианинами и мембранами различного состава. С помощью крупнозернистого моделирования впервые показано, что молекулы октакатионного фталоцианина цинка действительно связываются с содержащей «шероховатые» формы ЛПС мембраной. При этом на начальных этапах молекулы ZnPc8+ сорбируются на отрицательных коровых зарядах молекул ЛПС, затем происходит проникновение ZnPc8+ вглубь мембраны с формированием водной поры. Результаты моделирования представляют детальный молекулярный механизм само-облегченного транспорта ZnPcChol8+. Создана полно-атомная модель молекулы липополисахарида, которая позволила провести анализ конформационной подвижности О-антигенной части молекул ЛПС. Полученные результаты создают предпосылки для успешного моделирования наружных мембран грамотрицательных бактерий, максимально приближенных к полному составу. Подобные модели позволят провести детальный анализ сродства катионных антимикробных соединений к клеточным стенкам грамотрицательных бактерий и оценить вклад состава О-антигенных цепей и модификаций липида А и коровой части липополисахаридов в устойчивость бактерий к катионным антисептикам, фотосенсибилизаторам, антимикробным пептидам.