Изучение порин-зависимой транслокации метиленового синего и гентамицина через наружную мембрану грамотрицательных бактерий методами молекулярной динамики

Наружная мембрана грамотрицательных бактерий является критическим барьером проницаемости для антимикробных соединений. Основным путем проникновения гидрофильных соединений с молекулярной массой до 600 Да через эту мембрану считаются пориновые каналы. В данной работе с помощью метода неравновесной молекулярной динамики получены профили свободной энергии для транслокации через бактериальные липополисахаридные мембраны со встроенным пориновым каналом OmpF и без него двух антимикробных соединений разных химических классов: антибиотика группы аминогликозидов гентамицина и производного фенотиазина антисептика метиленового синего. Для обоих соединений получены сходные по форме профили свободной энергии при их транслокации через пориновый канал, однако для гентамицина выявлены более высокий энергетический барьер в центре канала и меньший уровень требуемой энергии для выхода из него. Применение метода зонтичной выборки позволило детально проанализировать молекулярные взаимодействия метиленового синего и гентамицина с конкретными аминокислотными остатками, выстилающими канал порина OmpF, и выявить те из них, которые вносят вклад в формирование барьерных свойств. Показано, что для молекул метиленового синего проникновение через липополисахаридную мембрану как со встроенным порином, так и без него энергетически равнозначно. В то же время, для гентамицина предпочтительным является порин-зависимый путь переноса через липополисахаридную мембрану, поскольку в случае переноса непосредственно через мембрану этому поликатионному соединению необходимо было бы преодолеть энергетический барьер в 50 kT. Молекулярно-динамические расчеты с применением метода зонтичной выборки могут быть чрезвычайно полезны при изучении порин-зависимых механизмов развития резистентности грамотрицательных патогенов, поскольку позволяют учитывать различные модификации структуры поринов и эффективно анализировать их влияние на проводимость этих каналов для различных антимикробных соединений.