Карта путешествия аммония может предотвратить инфекцию
Механизм работы белка, транспортирующего аммоний через клеточные мембраны, был открыт в исследовании под руководством Университета Стратклайда. Это открытие может заложить основы для предотвращения инфекций.
Этот транспортный процесс жизненно важен для всех живых существ, но двумя разными способами. Бактерии, грибы и растения импортируют аммоний как важное питательное вещество с помощью белка Amt. У людей и животных аммоний, напротив, должен выводиться из клеток из-за своей токсичности; это выполняет другой белок — Rh, или резус-антиген.
Rh — один из белков, используемых для классификации групп крови человека. Если функция выведения аммиака нарушается, это может привести к болезни и смерти. Белки Rh и Amt очень тесно связаны, и, несмотря на их важнейшую роль, механизм их транспорта аммония оставался неясным.
Новое исследование, проведенное в сотрудничестве с лабораторией профессора Ульриха Захариаэ из Университета Данди и лабораторией профессора Анны-Маи Марини из Свободного университета Брюсселя, раскрыло механизм работы белка Amt у бактерии E. coli. Исследователи обнаружили, что Amt забирает из окружающей среды положительно заряженный аммоний (NH4+) и разделяет его на аммиак (NH3) и протон (H+), ответственный за положительный заряд. Примечательно, что белок Amt из E. coli транспортирует аммиак и протон раздельно, но параллельно, после чего протон вновь присоединяется к аммиаку на противоположной стороне мембраны, восстанавливая аммоний.
Исследование опубликовано в журнале eLife.
Гордон Уильямсон, аспирант Стратклайда, первый автор статьи: «До нашей работы в этой области был огромный спор. Исходя из структуры Amt E. coli, он не должен был транспортировать аммоний, но транспорт можно было измерить. С помощью молекулярного моделирования, проведенного Джулией Тамбуррино в лаборатории нашего партнера Ульриха Захариаэ в Данди, мы обнаружили, что белок Amt имеет две цепочки молекул воды, проходящие через белок и соединяющие оба его конца. Эксперименты, которые мы провели, вместе с дальнейшими вычислениями показывают, что эти молекулы воды действуют как скоростная трасса для протона, позволяя ему обходить части белка Amt, которые обычно служат барьером».
Профессор Захариаэ: «Это хороший пример высокого влияния вычислительной работы на современные биологические исследования. Обнаружение внутренних водных цепочек с помощью наших компьютерных симуляций позволило нам соединить точки в новом транспортном механизме. Эти выводы имеют широкие последствия для понимания транспорта химических веществ в клетку и из нее, поскольку сбой в этом процессе может привести к гибели клетки».
Команда занимается рядом последующих проектов. Следующий шаг — понять механизм работы человеческих транспортеров аммония, резус-белков. Помимо их известной роли в определении группы крови, нарушение работы резус-белков также связывают с рядом заболеваний: от гемолитической анемии до мужского бесплодия и ранних депрессивных расстройств. Надеются, что результаты этой работы могут проложить путь к разработке терапий.
Соавтор доктор Арно Жавель, исследователь из Института фармации и биомедицинских наук Стратклайда: «Хотя связь между дефектными резус-белками и болезнями у людей известна давно, наша работа позволит нам нацелиться на эти белки и найти способы лечения этих состояний. Улучшая понимание нормальной функции транспортеров аммония, мы можем понять, как конкретные сбои приводят к болезни».
Команда также намерена применить свои исследования к грибковому эквиваленту Amt, который связан с патогенностью. Эти патогенные грибы могут вызывать инфекции у людей и в конечном итоге приводить к смерти; они также могут заражать сельскохозяйственные культуры, серьезно затрудняя производство и приводя к нехватке продовольствия.
Доктор Жавель: «Наша работа закладывает основу для понимания того, как транспортеры аммония способствуют грибковой патогенности, и может помочь предотвратить будущие инфекции».