Структура бактериального белка может помочь в разработке новых антибиотиков
Бактериальные клетки имеют дополнительный защитный слой — клеточную стену, которой нет у животных клеток. Сборка этой прочной "брони" включает несколько этапов, некоторые из которых являются мишенями антибиотиков, таких как пенициллин и ванкомицин.
Однако один из этапов процесса оставался загадкой, поскольку молекулярные структуры задействованных белков не были известны.
Исследователи из Университета Дьюка впервые детально изучили белок MurJ, который играет ключевую роль в построении бактериальной клеточной стенки и защите клетки. Они опубликовали молекулярную структуру MurJ 26 декабря в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
Понимание процесса сборки клеточной стенки критически важно для разработки новых антибиотиков в условиях растущей устойчивости бактерий. Только в США устойчивая к антибиотикам инфекция MRSA вызывает около 12 000 смертей в год.
"До сих пор механизмы работы MurJ были своего рода 'чёрным ящиком' в синтезе бактериальной клеточной стенки из-за технических сложностей в изучении этого белка", — сказал старший автор работы Сок-Ён Ли, доктор философии. — "Наше исследование может дать основу для разработки антибиотиков широкого спектра, поскольку почти каждый тип бактерий нуждается в действии этого белка".
Клеточная стенка бактерии состоит из жёсткого сетчатого материала — пептидогликана. Молекулы для его создания производятся внутри клетки, а затем должны быть транспортированы через клеточную мембрану для построения внешней стенки.
В 2014 году другая группа учёных обнаружила, что MurJ — это белок-транспортёр, расположенный в клеточной мембране, который отвечает за "переворот" (флиппинг) этих строительных блоков через мембрану. Без MurJ предшественники пептидогликана накапливаются внутри клетки, и бактерия разрушается.
Многие группы пытались определить структуру MurJ без успеха, отчасти потому, что мембранные белки notoriously трудно изучать.
В новом исследовании команде Ли удалось кристаллизовать MurJ и определить его молекулярную структуру с разрешением 2 ангстрема с помощью метода рентгеновской кристаллографии — что является сложным достижением для мембранного белка.
Структура, в сочетании с последующими экспериментами, в которых учёные мутировали определённые остатки MurJ, позволила им предложить модель того, как белок осуществляет флиппинг предшественников пептидогликана.
Получив первую структуру MurJ, команда Ли теперь работает над тем, чтобы "запечатлеть" MurJ в действии, возможно, путём кристаллизации белка, связанного с предшественником пептидогликана.
"Получение структуры MurJ, связанного с его субстратом, будет ключевым. Это действительно поможет нам понять, как работает этот транспортер и как разработать ингибитор, нацеленный на него", — сказал Ли.
Группа Ли продолжает исследования структуры и функции других ключевых игроков в биосинтезе бактериальной клеточной стенки. В прошлом году они опубликовали структуру другого важного фермента, MraY, связанного с антибактериальным агентом мураймицином.