Исследователи впервые напрямую проследили, как фермент изопенициллин-N-синтаза (IPNS) превращает линейный пептид в основу пенициллина. Серия атомных снимков зафиксировала промежуточные состояния реакции, которые более 40 лет оставались недоступны наблюдению.

Чтобы запустить реакцию в известный момент, микрокристаллы фермента без кислорода наносили на движущуюся ленту, а затем вводили в кислородную камеру. Импульсы рентгеновского лазера на свободных электронах делали снимки через заданные промежутки — от миллисекунд до секунд — при физиологических температуре и давлении.

В последовательности обнаружились тиоальдегидное промежуточное соединение перед образованием β-лактамного кольца и моноциклический β-лактам — первая кольцевая структура на пути к полному каркасу пенициллина. Наблюдения также показали, как молекулы воды и движения фермента направляют перенос протонов и дальнейшую перестройку молекулы.

Работа объясняет природный механизм сборки β-лактамного кольца, от которого зависит действие целого класса антибиотиков. Но это не новый препарат и не доказательство его клинической эффективности: возможное перепроектирование ферментов для получения других антибиотических каркасов остаётся следующим этапом исследований.