Основные строительные блоки бактериальных «волосков» могут привести к созданию новых антибиотиков
Выявление ключевых строительных блоков, которые бактерии используют для создания длинных волосовидных нитей, может привести к разработке новых лекарств для борьбы с инфекциями.
Бактерии используют длинные нитевидные структуры, называемые пилями, для ряда функций, включая движение и обмен ДНК с другими клетками.
Одной из наиболее важных функций этих нитей, однако, является помощь микробам в прикреплении к поверхностям. У патогенных бактерий это помогает колонизировать организм хозяина — важный ранний этап инфекции.
Предыдущие исследования показали, что микробы используют до 15 белков для сборки наиболее универсальных и многофункциональных нитей, называемых пилями IV типа (TFP).
Теперь группа исследователей из Имперского колледжа Лондона выяснила, что только восемь из этих белков необходимы для процесса сборки, без которого бактерии не могут формировать нити.
«Швейцарский нож» для бактерий
По словам руководителя исследования доктора Владимира Пеличича из Центра молекулярной бактериологии и инфекций MRC при Имперском колледже, TFP подобны «швейцарскому ножу для бактерий».
Они выполняют различные роли, включая помощь в движении, прикреплении к поверхностям и восприятии изменений окружающей среды. Ключевым моментом является то, что эти нити используются бактериями для захвата новой ДНК из окружающей среды, включая гены, которые могут сделать их более опасными для хозяев или более устойчивыми к антибиотикам.
Исследование, проведенное с участием ученых из Университетского колледжа Лондона и Университета Висконсин-Мэдисон и опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, использовало бактерии E. coli для выявления ключевых белков, необходимых для сборки нитей.
Тестируя различные комбинации генов (которые производят белки) в разном порядке, исследователи смогли установить, что восемь фундаментальных компонентов имеют решающее значение для создания нитей.
Основным строительным блоком является белковая субъединица «пилин», которая повторяется сотни раз, но для связывания этих субъединиц в длинную скрученную цепь нити необходимы семь других ключевых белков.
«Этот подход похож на сборку конструктора Lego, — объясняет доктор Пеличич. — У нас есть эти кирпичики, и мы пытались собрать их заново, чтобы понять, какое минимальное количество кирпичиков позволит собрать эти нити».
Исследователи предполагают, что, поскольку эти нити почти универсальны для прокариот (клеток, которые не хранят свою ДНК внутри ядра, как бактерии и археи), открытие может потенциально привести к созданию принципиально нового класса антибиотиков, способных воздействовать на огромный спектр микробов.
Если ученые смогут разработать препараты, нацеленные на эти ключевые белки, они смогут нарушить процесс сборки нитей. Такое дополнение к арсеналу антибактериальных средств может помочь снизить количество инфекций, препятствуя способности многих микробов колонизировать хозяев или распространять гены устойчивости к антибиотикам.
Доктор Пеличич сказал: «Ключевым моментом является то, что мы имеем дело с чем-то, что, хотя и не является абсолютно необходимым для жизни бактерий, очень широко распространено. Если бы можно было разработать препараты, нацеленные на эти белки, вы, вероятно, получили бы антибиотик, действующий против очень широкого спектра бактерий».
Теперь, когда ключевые белки идентифицированы, следующим шагом, по словам исследователей, является более глубокое изучение механизмов, которые бактерии используют для сборки этих строительных блоков в нити. Они объясняют, что лучшее понимание этого процесса позволит им проводить скрининг молекул, способных заблокировать сборку, и отбирать новых кандидатов в лекарства для тестирования.
«Думаю, мы приближаемся к цели, — добавил доктор Пеличич. — Вполне разумно представить, что мы сможем разработать такие препараты в ближайшие несколько лет».