Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российские учёные раскрыли атакующий механизм бактерий

Как микробы уничтожают друг друга в борьбе за выживание? Ответ на один из самых фундаментальных и острых вопросов современной биологии получила группа учёных из ИБХ РАН, Гарвардской школы медицины и Политехнического института в Лозанне. Результаты опубликованы в Nature.

Учёные_из_России_США_Швейцарии_ищут_атакующий_механизм_бактерий Учёные из России (Михаил Шнейдер из ИБХ РАН – второй слева), США и Швейцарии вместе ищут атакующий механизм бактерий

В мире микробов всё как в сообществе любых животных: идёт постоянная борьба за жизнь. Известный закон джунглей «либо ты – либо тебя» отлично усвоили мельчайшие организмы. Но можно ли подсмотреть, как у этих загадочных, невидимых невооружённым глазом существ развивается конкуренция? Прояснить этот вопрос поможет механизм взаимодействия бактериофагов (бактериальных вирусов) с клеткой-хозяином или бактерий друг с другом; то, как это происходит на молекулярном и атомарном уровнях. В современных исследованиях по данной теме в качестве объекта изучения нередко выступает система секреции 6-го типа (СС6Т, или type VI secretion system, T6SS), которую рассматривают как оружие нападения на соседа либо как оружие защиты от нападения. Бактерии используют СС6Т для уничтожения конкурентов – бактериальных и эукариотических клеток – посредством доставки токсичных белков-эффекторов целенаправленно внутрь клетки-конкурента. А вот каким образом это происходит, достоверно известно не было.

Заметим, что в последние годы СС6Т стала самой горячей темой микробиологии. Ни один другой вопрос этой области не сравнится с ней по количеству публикаций в Science, Nature и Cell. К этому мировому буму причастны и учёные из лаборатории молекулярной биоинженерии Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова вместе с коллегами из лаборатории структурной биологии и биофизики Федерального политехнического института в Лозанне (Швейцария) и факультета микробиологии и иммунобиологии Гарвардской медицинской школы (США). Они изучают детали организации и функции СС6Т бактерий. В частности, Михаил Шнейдер из лаборатории молекулярной биоинженерии ИБХ и его российский коллега из Швейцарии Пётр Лейман устанавливают механизм, по которому происходит борьба бактерий со своими врагами-конкурентами.

Механизм_работы_СС6Т

Микробиологам уже было известно, что система СС6Т – фактор вирулентности многих бактерий. Если её выключить, то бактерия становится намного менее патогенной. В природе СС6Т встречается у четверти грамотрицательных бактерий. Внешне она похожа на шприц, который собирается внутри атакующей клетки. Игла этого «шприца» выстреливает и протыкает соседнюю клетку. Используя рентгеноструктурный анализ, исследователи установили, что острие иглы «шприца» образовано специальными и широко распространёнными в бактериях белками, которые содержат так называемые PAAR-повторы, состоящие из четырёх аминокислот: пролин – аланин – аланин – аргинин. Кроме того, к этим PAAR-шипам могут быть прикреплены дополнительные домены токсичности, образующие замечательный по своей эффективности токсичный шип. Для проверки гипотезы о функциональности этого шипа были созданы бактерии-мутанты с «отключёнными» генами, кодирующими PAAR-белки. В качестве бактерий-агрессоров, содержащих СС6Т, были выбраны Vibrio cholerae и Acinetobacter baylyi, а в качестве жертвы – Escherichia coli (кишечная палочка). Наблюдения показали, что у бактерий с выключенными PAAR-генами СС6Т либо не работает вообще (как у Acinetobacter), либо работает очень плохо (как у Vibrio), и это, по мнению учёных, прямое свидетельство того, что бактерии используют PAAR-белки для атаки и, возможно, для сборки всего «шприца».

«Наши данные о структуре критического компонента СС6Т – центрального шипа, при помощи которого протыкается клетка-жертва, показывают то, как этот шип можно нейтрализировать и, таким образом, выключить всю СС6Т», – рассказывает Пётр Лейман, один из авторов исследования, руководитель лаборатории структурной биологии и биофизики в EPFL.

Учёные ещё только разбираются в структуре СС6Т. Несмотря на сходство с хвостом хорошо изученного – в первую очередь российскими учёными – бактериофага Т4 (это излюбленный и наиболее изученный объект вирусологов, инфицирующий бактерии кишечной палочки; вирус внешне похож на шприц, а хвост – и есть длинная цилиндрическая часть «шприца»), данная система содержит много неизвестных компонентов с непонятными функциями.

Проникнув в эти «тайны», учёные смогут разработать простой метод разрушения атакующей CC6T бактерий, что, в свою очередь, поможет создать новое поколение лекарственных средств против заболеваний, вызванных грамотрицательными бактериями, таких как бактериальный менингит, пневмония, бруцеллёз, чума и многие другие. Поскольку возбудители этих инфекций обладают плотной клеточной стенкой, делающей их невосприимчивыми или маловосприимчивыми ко многим лекарственным средствам, разработка новых препаратов с принципиально иной стратегией действия остаётся актуальной.

Источник информации:

Mikhail M. Shneider, Sergey A. Buth, Brian T. Ho, Marek Basler, John J. Mekalanos & Petr G. Leiman, PAAR-repeat proteins sharpen and diversify the type VI secretion system spike. Nature, 2013.

РЕЙТИНГ

4.69
голосов: 16

Галереи

«Наука — это красиво!» Номинация: «Мир, скрытый от наших глаз» 2008

Фотографии, отражающие мир таким, каким его невозможно увидеть невооруженным глазом

185 фото

Обсуждение