Новое понимание того, как бактерии строят свою защитную клеточную стенку

Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Университета штата Огайо, используя комплекс химических и генетических методов, определили ключевой фермент, участвующий в транспорте строительных блоков клеточной стенки изнутри бактериальной клетки наружу. Результаты опубликованы в журнале Science.

Клеточная стенка — это молекулярный каркас, окружающий мембрану бактерии и предотвращающий её разрыв под действием осмотического давления. Блоки для её строительства синтезируются внутри клетки, но должны быть доставлены через мембрану наружу. Механизм этого транспорта долгое время оставался загадкой.

Поскольку сборка клеточной стенки — мишень для антибиотиков (например, пенициллина и бацитрацина), понимание этого процесса критически важно для поиска новых лекарств против устойчивых бактерий.

Известно, что строительные блоки стенки состоят из молекул сахара, связанных с липидным переносчиком, который заякорен в мембране. Предполагалось, что специальный транспортный белок (флиппаза) осуществляет «переворот» (flip-flop) этих блоков с внутренней на внешнюю сторону мембраны, но его идентичность была неизвестна.

Теперь учёные нашли доказательства, что флиппазой является белок MurJ.

Для обнаружения реакции «переворота» в живых клетках команда разработала высокочувствительный метод с использованием колицинов — белковых токсинов, которые, как молекулярная бритва, отрезают сахарные блоки от их липидных якорей. Поскольку токсины не проникают через мембрану, они могут отрезать только те блоки, что уже оказались снаружи. Появление свободных сахарных блоков в среде означает, что процесс транспорта идёт.

С помощью генетических и химических методов исследователи «выключали» кандидатов на роль флиппазы, включая MurJ. Когда мутантные версии MurJ обрабатывали специфическим реагентом, транспорт сахарных блоков полностью прекращался. Отключение других белков-кандидатов не останавливало процесс.

Эксперименты проводились на E. coli, но учёные полагают, что этот механизм общий для всех бактерий, имеющих клеточную стенку.

Следующие шаги: очистка MurJ, изучение его структуры и механизма работы в модельных системах in vitro, чтобы в перспективе создать малые молекулы-ингибиторы для нового класса антибиотиков.