Обнаружен новый распространённый фермент, помогающий бактериям заражать животных

Исследователи открыли новый класс ферментов в сотнях видов бактерий, включая патогенные для человека и животных. Открытие проливает свет на механизмы вторжения бактерий в организм хозяина. Работа опубликована в Nature Communications.

Команда под руководством профессора биологии Университета Уотерлу Эндрю Докси обнаружила фермент в новом типе жгутиков — нитевидных клеточных структур, обеспечивающих движение бактерий. Эти жгутики способны расщеплять белки в окружающей среде. Открытие меняет устоявшееся представление о жгутиках как в основном органеллах движения и показывает, что они могут функционировать как ферменты, что важно для распространения инфекции.

Открытие было сделано с помощью биоинформатики — области, объединяющей биологию и информатику для анализа больших биологических данных, таких как геномы.

"Сейчас захватывающее время для биоинформатики. У нас есть тысячи неисследованных геномов. Удивительно, что новое в биологии можно открыть, просто используя компьютер", — сказал Докси.

Учёные выяснили, что многие бактерии перепрофилировали свои жгутики для выполнения функции протеолитических ферментов. Таких ферментов тысячи, что потенциально делает эту структуру одной из самых крупных среди известных ферментов.

Бактериальные жгутики — это филаменты длиной около 10 микрометров, состоящие примерно из 20 000 белковых субъединиц. Хотя они структурно различаются, большинство жгутиков обеспечивают движение, а некоторые — прикрепление к клеткам хозяина. Обнаружение ферментативной активности означает, что часть жгутиков может разрушать прочные связи в клетках и тканях.

"Мы полагаем, что эти ферментативные жгутики могут помогать бактериям расщеплять и перемещаться в вязких средах. Интересно, что учёные ранее пытались сконструировать жгутики с такой функцией, но не знали, что природа уже это сделала", — отметил Докси.

Чтобы проверить активность новых ферментативных жгутиков, учёные исследовали патоген Clostridium haemolyticum (высоколетальный для крупного рогатого скота и овец) и выделили его жгутики. Оказалось, что они способны расщеплять белки коровьей печени — именно того органа, который поражает этот микроорганизм.

Ферменты также обнаружены у бактерий, населяющих кишечник человека. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, играют ли они полезную или вредную роль.

Открытие может углубить понимание механизмов развития болезней, вызываемых этим и родственными патогенами. Эти ферменты также потенциально можно использовать в биотехнологии для разрушения нежелательных структур, например, биоплёнок — липких колоний вредных бактерий, связанных с более чем 80% инфекций.