Около 30% населения мира инфицированы золотистым стафилоккоком, большинство из которых являются бессимптомными носителями. При этом Staphylococcus aureus остается возбудителем многих инфекций в медицинских учреждениях и в обществе. Ненадлежащее применение антибиотиков привело к увеличению числа инфекций, вызванных метициллинрезистентным золотистым стафилококком, что стало важной клинической проблемой. Золотистый стафилоккок представляет собой серьезную угрозу для системы здравоохранения по всему миру. Поэтому важно проводить исследования по изучению особенностей патогенеза и антибиотикорезистентности S. aureus для содействия в создании новых лекарственных препаратов.

Проект посвящен биохимической характеристике урацил-ДНК-гликозилазы S. aureus, играющую важную роль в поддержании стабильности генома, предотвращая мутации, которые могут возникнуть из-за присутствия урацила в ДНК. Исследуемый фермент участвует в механизме репарации ДНК, а именно в эксцизионной репарации оснований (ЭРО). Все имеющиеся данные об ЭРО основаны на исследованиях модельного организма Escherichia coli. Однако, у S. aureus имеются свои особенности функционирования ферментов ЭРО, информация о которых, в частности об урацил-ДНК-гликозилазе, отсутствует.

Актуальность

Ненадлежащее употребление антибиотиков является причиной возникновения бактерий с множественной лекарственной устойчивостью. Всемирная Организация Здравоохранения включила патогены ESKAPE, в т.ч. S. aureus, в список бактерий, для которых срочно требуется разработка новых антибиотиков.

Существующие антибиотики ориентированы на основные клеточные процессы патогенов: репликация ДНК, транскрипция РНК, синтез белка, ингибирование метаболических путей и биосинтез клеточной стенки. К существующим антибиотикам, особенно при их ненадлежащем потреблении, у бактериальных патогенов вырабатывается резистентность. Учитывая важность репарации ДНК в патогенезе бактерий, ферменты ЭРО рассматриваются как перспективные мишени для новых антибактериальных препаратов.

Цель

Биохимическая характеристика ранее неизученной урацил-ДНК-гликозилазы золотистого стафилоккока, который является наиболее частой причиной внутрибольничных инфекций.

Ожидаемые результаты

Результаты проекта способствуют более тщательному пониманию устойчивости патогена в организме хозяина и выявлению потенциальных мишеней для лекарственных препаратов, что важно для успешной терапии при инфекциях S. aureus.

Руководитель проекта

  Тургимбаева А.М. Индекс Хирша – 2; ResearcherID N-6857-2017; ORCID 0000-0001-7263-1643; Scopus Author ID 57202383621

Члены исследовательской группы

Абельденов С.К. Индекс Хирша – 3; ResearcherID F-5139-2015;ORCID 0000-0002-6974-9138; Scopus Author ID 56674705400

Зейн Ұ.Ө. Индекс Хирша – 1; Scopus Author ID 57877532300

Публикации и охранные документы руководителя проекта и членов исследовательской группы

1. Kirillov S, Isupov M, Paterson NG, Wiener R, Abeldenov S, Saper MA, Rouvinski A. Octahedral Iron in Catalytic Sites of Endonuclease IV from Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Biochemistry. 2025 Jan 7;64(1):67-82. doi: 10.1021/acs.biochem.4c00447.
2. Amanzholova M., Shaizadinova A., Bulashev A., Abeldenov S. Genetic identification of Staphylococcus aureus isolates from cultured milk samples of bovine mastitis using isothermal amplification with CRISPR/Cas12a-based molecular assay. Vet Res Commun. ‒ 2023. DOI: 10.1007/s11259-023-10212-z
3. Shaizadinova A., Amanzholova M., Kirillov S., Bulashev A., Abeldenov S. Rapid and highly sensitive LAMP-CRISPR/Cas12a-based identification of bovine mastitis milk samples contaminated by Escherichia coli. Journal of Agriculture and Food Research. ‒ 2023, DOI: 10.1016/j.jafr.2023.100721
4. Zein U, Turgimbayeva A, Abeldenov S. Biochemical Assessment of the Mutant Sliding β-Clamp on Stimulation of Endonuclease IV from Staphylococcus aureus. Indian J Microbiol. 2024 Mar;64(1):165-174. doi: 10.1007/s12088-023-01148-8.
5. Turgimbayeva A, Zein U, Zharkov DO, Ramankulov Y, Saparbaev M, Abeldenov S. Cloning and characterization of the major AP endonuclease from Staphylococcus aureus. DNA Repair (Amst). 2022
6. Kirillov S, Daniyarov A, Turgimbayeva A, Ramankulov Y, Kalendar R, Abeldenov S. Draft Genome Sequence of Lactobacillus salivarius KZ-NCB, Isolated from Chicken Cecum. Microbiol Resour Announc. 2020 Dec 10;9(50):e01129-20. doi: 10.1128/MRA.01129-20.
7. Turgimbayeva A, Abeldenov S, Zharkov DO, Ishchenko AA, Ramankulov Y, Saparbaev M, Khassenov B. Characterization of biochemical properties of an apurinic/apyrimidinic endonuclease from Helicobacter pylori. PLoS One. 2018 Aug 15;13(8):e0202232. doi: 10.1371/journal.pone.0202232.
8. Sarina N, Abeldenov S, Turgimbayeva A, Zhylkibayev A, Ramankulov Y, Khassenov B, Eskendirova S. Obtaining and characterization of monoclonal antibodies against recombinant extracellular domain of human epidermal growth factor receptor 2. Hum Antibodies. 2018 Feb 5;26(2):103-111. doi: 10.3233/HAB-170327.
9. Characterization of DNA substrate specificities of apurinic/apyrimidinic endonucleases from Mycobacterium tuberculosis. Abeldenov S, Talhaoui I, Zharkov DO, Ishchenko AA, Ramanculov E, Saparbaev M, Khassenov B. DNA Repair (Amst). 2015 Sep;33:1-16. doi: 10.1016/j.dnarep.2015.05.007.

Достигнутые результаты

2024 г.

Из геномной ДНК S. aureus амплифицированы гены udg и dnaN, экспрессирующие урацил-ДНК-гликозилазу и β-субъединицу ДНК-полимеразы III, соответственно. Амплифицированные гены клонированы в промежуточные векторы для хранения и в экспрессионные векторы для последующей хроматографической очистки. Открытая рамка считывания клонированных генов в составе промежуточных и экспрессионных векторов не содержит каких-либо мутаций.

Были подобраны оптимальные условия для наиболее эффективной экспрессии генов udg и dnaN в штаммах-продуцентах E. coli.