Взлом бактериальной социальной сети
Исследование Университета Аризоны показало, что на смартфонах может быть больше бактерий, чем на сиденьях унитазов. Эти бактерии могут иметь собственную форму социальной сети, позволяющую одноклеточным организмам привлекать или отталкивать друг друга.
Это предположение основано на работе учёных Министерства энергетики США (DOE), определивших молекулярные структуры высокоспециализированных белков. Эти белки использует штамм бактерий E. coli для коммуникации и защиты своей территории.
Исследование может привести к новым биомедицинским стратегиям борьбы с патогенными бактериями, вызывающими инфекционные заболевания, такие как пневмония и пищевые отравления. Работа выполнена учёными из Национальной лаборатории Аргонн (DOE), Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) и Калифорнийского университета в Ирвайне.
Исследование основано на открытии 2005 года учёных UCSB: бактерии производят токсичные белки, которые могут передавать соседям при прямом контакте, чтобы убить или контролировать их, возможно, для получения доступа к питательным веществам. Этот процесс происходит только в плотных микробных сообществах и называется контакт-зависимым ингибированием роста (CDI).
"Мы, по сути, изучаем, как бактерии взаимодействуют и общаются", — сказал Анджей Йоахимиак, выдающийся учёный из отделения биологических наук лаборатории Аргонн. — "У нас есть некоторые идеи, которые мы пытаемся проверить, потому что токсины могут иметь разную активность и по-разному влиять на разные бактерии".
"Эти системы обнаружены не только у почвенных и кишечных бактерий, но и у патогенов человека, — отметил Йоахимиак. — Некоторые из этих токсинов систем CDI присутствуют, например, в Pseudomonas aeruginosa, которая участвует в развитии заболеваний лёгких".
Йоахимиак и 10 соавторов опубликовали свои выводы в выпуске журнала Nucleic Acids Research от 29 сентября 2017 года.
Команда Аргонн получила молекулярные структуры белков, принадлежащих трёхкомпонентной системе штамма E. coli NC101. Три части включают:
- Токсин CDI
- Его иммунный белок
- Его фактор элонгации (EF-Tu) — белок, играющий ключевую роль в синтезе белка.
Знание структур всех трёх частей помогает учёным понять их функцию.
Открытие иммунного белка привело учёных к предположению, что цель системы включает не только конкуренцию, но и сигнализацию (процесс коммуникации между клетками), а также уничтожение и контроль других бактерий.
"В соседнюю клетку попадает всего несколько молекул токсина, — сказала Каролина Михальска, белковый кристаллограф из Аргонн и соавтор статьи. — Сложно оценить реальный масштаб повреждения клетки. Поэтому мы считаем, что цель — не убийство, а скорее контроль и коммуникация".
Токсин может действовать на транспортную РНК (тРНК) только в очень специфических обстоятельствах.
"Этот конкретный токсин действует на тРНК, и это должен быть очень специфический набор тРНК, — пояснила Михальска. — Это первый случай, когда мы видим фактор элонгации в качестве дополнительного компонента, необходимого для функционирования токсина".
Команда Аргонн собрала данные о структурах белков с использованием пучковой линии Центра структурной биологии в Advanced Photon Source (APS) — пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики. APS — источник синхротронного излучения третьего поколения, обеспечивающий чрезвычайно яркие рентгеновские лучи, позволяющие исследовать молекулярные структуры материалов.
Исследовательская группа Аргонн также использовала лабораторный Advanced Protein Characterization Facility, предлагающий самые передовые в стране технологии для изучения новых классов белков и белковых комплексов.