Ученые приблизились к изучению токсичных "насосов" бактерий

Исследователи получают более четкое представление о механизмах, которые бактерии используют для распространения устойчивости к антибиотикам или вызывания таких заболеваний, как коклюш, пептические язвы желудка и болезнь легионеров.

Распространение антибиотикорезистентности среди бактерий — растущая проблема. Грам-отрицательные бактерии (например, вызывающие язву желудка) особенно устойчивы, так как имеют двойную клеточную стенку с наружной мембраной, мешающей проникновению лекарств.

Ученые под руководством профессора Габриэля Ваксмана из Института структурной и молекулярной биологии Биркбека и UCL изучают системы секреции IV типа — клеточные "наноустройства", работающие как насосы. Эти крошечные машины пронизывают двойную мембрану бактерий, выкачивая токсины в клетки хозяина и гены устойчивости к антибиотикам — в другие бактерии. Этот "насос" может стать уязвимым местом для новых антибиотиков.

Ранее команда описала структуру основного компонента насоса с помощью крио-электронной микроскопии. Теперь в журнале Nature они детально описали кристаллическую структуру его части, находящейся в наружной мембране, используя рентгеновскую кристаллографию. Этот метод дает гораздо более высокое разрешение, позволяя идентифицировать и локализовать каждый атом в структуре.

"Рентгеновская кристаллография позволяет нам гораздо ближе рассмотреть, как работает этот насос. Большой вопрос для нас — 'как работает этот насос?'. Разбирая его и видя, как работает его 'двигатель', мы открываем путь к тому, чтобы 'бросить гаечный ключ в механизм' и остановить его работу", — объясняет профессор Ваксман.

Хотя описанный в статье компонент насоса всего в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса, это крупнейший известный с высоким разрешением комплекс наружной мембраны. Он впервые позволил увидеть канал, сформированный более чем одним белком.

Каналы, через которые токсины попадают в насос, встроены в мембрану и состоят из множества белков. Новая структура состоит из трех белков, каждый из которых представлен в четырнадцати копиях. Исключительная сложность организации белков в комплексе дает первое представление о внутренней работе этой машины.

"Системы секреции IV типа выделяют всевозможные вирулентные белки и токсины. Эта структура предоставляет высокодетальный шаблон для разработки эффективных новых антибиотиков. В эту эпоху растущей устойчивости к антибиотикам такая структурная работа создает богатую почву для дизайна антибиотиков", — говорит профессор Ваксман.

Системы секреции IV типа были впервые обнаружены в Agrobacterium tumefaciens, которая использует их для переноса ДНК, индуцирующей опухоли, в растения, вызывая "корневой рак". Однако ученые в области растениеводства успешно использовали эту систему для введения новых генов в сельскохозяйственные культуры, придавая им устойчивость к гербицидам и патогенам.