Низин - это природный пептид группы лантибиотиков, обладающий антибактериальным действием против широкого спектра грамположительных бактерий. Низин селективно связывает транс-мембранный переносчик мономерных звеньев пептидогликана - липид-II. Консервативный химический состав сайта связывания - пирофосфатной группы липида-II - делает низин перспективным прототипом новых высокоаффинных и селективных противомикробных препаратов, разработка которых невозможна без понимания точного механизма межмолекулярного распознавания и взаимодействия. С целью изучения структурно-динамических характеристик низина в воде и липида-II в гидратированном липидном бислое была проведена серия расчетов молекулярной динамики соответствующих систем. Показано, что достаточно гибкая в водном растворе N-концевая часть молекулы низина принимает единственную стабильную конформацию в присутствии пирофосфата. Обнаружено, что для пирофосфатной группы липида-II характерно уникальное расположение акцепторов водородной связи в бислое. Среди всех наблюдаемых конформаций липида-II в мембране только одна теоретически подходит для захвата низином. Таким образом, мы предполагаем, что комплекс низин/липид-II в бактериальной мембране образуется путем индуцированного соответствия обеих молекул.
лантибиотики, низин, липид-II, биомембраны, молекулярная динамика
1. Rogers L.A. The inhibiting effect of streptococcus lactis on lactobacillus bulgaricus. J. Bacteriol., 1928, vol. 16, pp. 321-325.
2. Delves-Broughton J. [et al.] Applications of the bacteriocin, nisin. Antonie Van Leeuwenhoek, 1996, vol. 69, pp. 193-202.
3. McAuliffe O., Ross R.P., Hill C. Lantibiotics: structure, biosynthesis and mode of action. FEMS Microbiol. Rev., 2001, vol. 25, pp. 285-308.
4. Breukink E. [et al.] Use of the cell wall precursor lipid II by a pore-forming peptide antibiotic. Science, 1999, vol. 286, pp. 2361-2364.
5. Hsu S.-T.D. [et al.] The nisin-lipid II complex reveals a pyrophosphate cage that provides a blueprint for novel antibiotics. Nat. Struct. Mol. Biol., 2004, vol. 11, pp. 963-967.
6. Breukink E. [et al.] The C-terminal region of nisin is responsible for the initial interaction of nisin with the target membrane. Biochemistry, 1997, vol. 36, pp. 6968-6976.
7. Hasper H.E., de Kruijff B., Breukink E. Assembly and stability of nisin-lipid II pores. Biochemistry, 2004, vol. 43, pp. 11567-11575.
8. Chugunov A. [et al.] Lipid-II forms potential «landing terrain» for lantibiotics in simulated bacterial membrane. Sci. Rep., 2013, vol. 3, 1678.
9. Sosa Morales M.C., Álvarez R.M.S. Structural characterization of phosphatidylglycerol model membranes containing the antibiotic target lipid II molecule: a Raman microspectroscopy study. J. Raman Spectrosc., 2017, vol. 48, pp. 170-179.
10. Koch D.C. [et al.] Structural dynamics of the cell wall precursor lipid II in the presence and absence of the lantibiotic nisin. Biochim. Biophys. Acta BBA - Biomembr., 2014, vol. 1838, pp. 3061-3068.
11. Mulholland S., Turpin E.R., Bonev B.B., Hirst J.D. Docking and molecular dynamics simulations of the ternary complex nisin2:lipid II. Sci. Rep., 2016, vol. 6, p. 21185.
12. Prince A. [et al.] Lipid-II independent antimicrobial mechanism of nisin depends on its crowding and degree of oligomerization. Sci. Rep., 2016, vol. 6, p. 37908.
13. Prossnigg F., Hickel A., Pabst G., Lohner K. Packing behaviour of two predominant anionic phospholipids of bacterial cytoplasmic membranes. Biophys. Chem., 2010, vol. 150, pp. 129-35.
