Гемовый механизм детекции сероводорода в бактериях: новая мишень для антибиотиков

Исследователи из Японии сообщают, что связывание гема с бактериальным фактором транскрипции критически важно для сигналинга сероводорода (H₂S). Связывание гема способствует реакции H₂S с фактором транскрипции, что приводит к структурным изменениям, регулирующим устойчивость бактерий к стрессу.

Обнаруженный механизм объясняет бактериальную резистентность через детекцию H₂S и подчеркивает ранее неизвестную роль гема в клеточной сигнализации. Нарушение этого механизма может стать основой для новых стратегий борьбы с лекарственно-устойчивыми инфекциями.

Сероводород (H₂S) — это сигнальная молекула, играющая ключевую роль в выживании бактерий и их устойчивости к стрессу. Однако механизмы, с помощью которых бактерии детектируют и используют H₂S, оставались неясными.

Команда под руководством профессора Синдзи Масуда из Института науки Токио провела исследование, чтобы раскрыть молекулярные механизмы регуляции генетической активности бактерий с помощью H₂S. Результаты опубликованы в журнале Redox Biology.

Ключевые открытия:

• Используя биохимические, структурные и функциональные исследования, учёные проанализировали факторы транскрипции SqrR (Rhodobacter capsulatus) и YgaV (Escherichia coli) в присутствии и отсутствии гема и кислорода.
• Обнаружено, что когда H₂S попадает в клетку, гем, связанный с фактором транскрипции, катализирует превращение H₂S в полисульфид.
• В присутствии кислорода полисульфид реагирует с фактором транскрипции, образуя тетрасульфидный мостик (S–S–S–S) между остатками цистеина в белке.
• Эта модификация критически важна для активности фактора транскрипции. "Гем не только детектирует H₂S, но и запускает химическое изменение в белке, которое напрямую влияет на контроль генов", — говорит Масуда.
• После модификации факторы транскрипции теряют способность связываться с ДНК, что приводит к повышенной экспрессии генов, вовлечённых в метаболизм сульфидов, анаэробное дыхание и устойчивость к окислительному стрессу. Это, в свою очередь, способствует устойчивости к антибиотикам.
• В бескислородных условиях связывание гема блокирует реакцию окисления и предотвращает модификацию факторов транскрипции полисульфидами, подавляя сульфидную сигнализацию.

Это исследование меняет понимание роли гема в биологии, показывая, что помимо переноса кислорода и участия в выработке энергии, он может служить катализатором для точных химических модификаций, регулирующих экспрессию генов.

"Поскольку этот механизм сильно отличается от других известных бактериальных защитных систем, его таргетирование может привести к созданию новых антибиотиков и предложить новый подход для преодоления антибиотикорезистентности", — отмечает Масуда.

В будущем исследователи планируют выяснить, существуют ли аналогичные гемовые сенсорные системы у других бактерий или для детекции других сигнальных молекул.