3D-молекулярные шприцы: учёные определили структуру инструмента заражения бактерии Yersinia

Бактерия Yersinia, вызывающая симптомы вроде боли в животе, лихорадки и диареи, использует для заражения шприцеподобный инъекционный аппарат — инжектисом. Впервые международная группа исследователей, включая учёных из Центра исследования инфекций имени Гельмгольца (HZI) в Брауншвейге, расшифровала пространственную структуру этого молекулярного шприца. Учёные показали, что длина базального тела инжектисома Yersinia, пересекающего клеточную стенку бактерии, является регулируемой — вероятно, это адаптация к физическому стрессу.

Инструмент заражения

Палочковидная бактерия Yersinia enterocolitica, передающаяся через заражённую пищу, вызывает желудочно-кишечные заболевания. Для заражения она использует инъекционный аппарат. Молекулярная «игла», выступающая с поверхности бактерии, простирается через её мембраны к клетке хозяина. Через эту иглу бактерия «впрыскивает» вещества, облегчающие инфекцию.

Инновационный подход и метод

Междисциплинарная команда учёных из HZI, Базельского университета и Федеральной политехнической школы Лозанны впервые представила структуру инжектисома Yersinia enterocolitica в высоком разрешении и 3D. Результаты опубликованы в журнале eLife.

В отличие от предыдущих исследований, где молекулярный шприц изучали в изолированном виде, в этой работе инжектисом исследовали in situ — на поверхности бактерии. Исследователи охлаждали бактерии до минус 193 градусов Цельсия и использовали криоэлектронную микроскопию для съёмки шприца под разными углами. Из набора двумерных изображений вычислили пространственную структуру. Этот метод эффективен для изучения крупных молекулярных комплексов, таких как инжектисом, состоящий примерно из 30 различных белков.

Ключевое открытие: регулируемая длина

Сравнив более 2000 отдельных шприцев с более чем 300 бактерий, учёные сделали неожиданное открытие. Длина основания каждого инъекционного аппарата варьируется — в некоторых случаях на порядок 10 нанометров (десятимиллионных долей миллиметра). Оно может растягиваться или сжиматься, как пружина.

Для бактерии, размер которой всего в сто раз больше, такие изменения существенны. Бактерии подвергаются значительным силам, например, при контакте с другими клетками или изменении солёности среды. Если бы инжектисомы были жёстко сконструированы, клеточные стенки бактерий, скорее всего, разрывались бы под воздействием этих сил.

Терапевтический потенциал и универсальность механизма

Понимание структуры инструмента атаки Yersinia даёт ключи к тому, как можно терапевтически ингибировать молекулярный шприц. Без этого аппарата бактерии практически безвредны.

Этот же принцип заражения используют и другие патогенные бактерии, например, Salmonella, вызывающая пищевые отравления. Команда уже смогла задокументировать такую же гибкость у Shigella — возбудителя бактериальной дизентерии. «Молекулярный строительный набор» очень похож, что позволяет предположить, что выводы этого исследования потенциально применимы и к другим патогенным бактериям.