Antibiotici iz maslinova lista – pronađeni kompjutorom

Michael Zesloff bio je znanstvenik koji je radio u SAD-u, u jednom institutu u sklopu Saveznih zdravstvenih instituta (National Institutes of Health, NIH) pokuse na žabama. Ne znam što je u žabi tražio, ali to nije ni bitno. Bitno je da je nakon obavljena posla vraćao žabe u posudu s vodom, bez ikakve „postoperativne terapije“. Žabama je koža za nekoliko dana zarasla, kao da ničeg nije bilo. I tako je sa žabama radio on, radili su jamačno i drugi, a nitko se do jednog sudbonosnog dana nije poput Zesloffa nije zapitao zašto je to tako. Zašto žabama koža zaraste, a da čovjeka s takvom ranom staviš i u najčišću vodu zacijelo bi umro. U vodi uvijek ima mikroba – bakterija, virusa ili gljivica – spremnih doći do rane da bi obavili svoj smrtonosni posao.

Filozofija počinje sa čuđenjem, govoraše stari Grci. Zesloff je svoje čuđenje pretvorio u djelo jer se prihvatio posla te je iz žablje kože izdvojio ono što ubija bakterije. Bio je to peptid kojem je dao ime magainin, prema židovskoj riječi za štit (magen) i simbolu židovstva i židovske države – jer ono što mi zovemo „židovskom zvijezdom“ zapravo je „Davidov štit“ – magen David.

Bio je to međutim tek jedan u nizu peptidnih antibiotika, antibiotik koji se odlikovao neobičnim mehanizmom djelovanja. Njegova je molekula bila amfifilična alfa-zavojnica, što znači da je jedna strana zavojnice bila hidrofilna, a druga hidrofobna. Zahvaljujući tom svojstvu molekula je mogla probiti bakterijsku membranu, a kad ju je probila u njoj se stvorila pora za prodor iona. Kako se koncentracija iona u bakterijskoj stanici razlikuje od koncentracije iona izvan nje, neregulirani prodor iona u stanicu ne može dovesti do drugog ishoda osim smrti.

Događaj o kojem govorim zbio se prije pola stoljeća. Od tada je mnogo vode proteklo i mnogo se žaba izleglo: mnogo se napravilo i u otkrivanju peptidnih antibiotika i u predviđanju njihovih svojstava. Kažem „predviđanja“ jer uz eksperimente na živim bićima, metodama biologa (in vivo), te u epruveti, metodama kemičara (in vitro), postoje i istraživanja „u siliciju“ (in silico), a to znači da se znanstveni problemi rješavaju računalnim metodama, kompjutorskim simulacijama.

Takvo su istraživanje nedavno napravili španjolski znanstvenici te su svoje rezultate objavili u časopisu Molecules pod naslovom „Olive leaf protein hydrolysate as a novel source of antimicrobial peptides: Peptidomic characterization and in silico evaluation“.

Počeli su s klasičnom biokemijom. Usitnili su maslinov list, a potom dodali natrijeve lužine, „čaj“ kuhali i – radi bolje ekstrakcije – izlagali ga djelovanju ultrazvuka. Tako su izdvojili proteine. Potom su otopini proteina dodali alkalazu, enzim (proteinazu) koji je velike molekule proteina isjekao na mnogo manjih. Koliko manjih? Da bi peptid bio antibiotik treba imali relativnu molekulsku masu manju od 1000, tj. imati manje od 20 aminokiselinskih ostataka u peptidnom lancu. Ne smije biti ni premalen, pa su stoga izabrali peptide sa 5-20 aminokiselinskih ostataka. Takvih je peptida bilo 2751. Kako izabrati one prave?

Tu više ne pomaže ni kemija niti biokemija, a ponajmanje biologija jer da bi se ispitala kemijska i biološka svojstva (djelotvornost protiv bakterija i virusa) svih 2751 peptida bile bi potrebne godine i godine rada. Umjesto toga znanstvenici su izračunali njihova svojstva iz kemijske formule. To je bila prije svega hidrofilnost (o kojoj ovisi topljivost u vodi i mastima), glomaznost pobočnih lanaca i molekule, izoelektričnu točku (pI), o kojoj ovisi električni naboj molekule pri fiziološkom pH, a naročito amfifilnost, dakle koliko je zavojnica njihove molekule dobro podijeljena na hidrofilnu i hidrofobnu stranu. Dobrim se pokazao i najjednostavniji pokazatelj, broj vodikovih atoma u molekuli, vjerojatno zato što o njemu ovisi sposobnost uspostavljanja vodikovih veza. Na osnovu tih kriterija autori spomenutog rada su procijenili koji bi peptidi najbolje djelovali protiv bakterija, gljivica ili virusa. Na kraju je ostalo tek nekoliko kandidata. Hoće li doista biti djelotvorni?

Bit će djelotvorni ako se budu mogli vezati za specifične receptore. No umjesto da izoliraju najbolje kandidate te ih testiraju in vitro, autori spomenutog rada opet su se poslužili kompjutorom. Ovaj put su upotrijebili metodu poznatu kao docking, a ona ne čini drugo nego simulira vezanje, „pristajanje“ jedne molekule uz drugu. Na kraju su došli do četiri najbolja kandidata (dva sa sedam te tri sa 9, 10 i 11 aminokiselinskih ostataka) – i tu su stali. Tek sada bi se biolozi i biokemičari trebali prihvatiti posla i vidjeti kako i koliko ti peptidi djeluju. Sve u svemu, kompjutor je skratio posao u laboratoriju za 2751/4 = 688 puta! A mi se nadajmo novom lijeku iz po ljekovitosti poznatog maslinovog lista.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima je i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.