Бактериальный кворум-сенсинг подавлен бактериальным ферментом

Бактерии образуют слизистые биоплёнки для защиты, что делает их менее уязвимыми к антимикробным препаратам и химическим средствам. Эти биоплёнки вызывают проблемы в здравоохранении и промышленности, приводя к обрастанию, коррозии и бактериальному загрязнению.

Учёные создали фермент, эффективно расщепляющий сигнальные молекулы, с помощью которых бактерии "общаются" и координируют образование биоплёнок.

В основе открытия — семь генов "подавления кворума" (quorum-quenching), обнаруженных исследователями KAUST в 2016 году в бактериях из донных отложений Красного моря. Эти гены кодируют ферменты, расщепляющие молекулы кворум-сенсинга.

Междисциплинарная команда использовала 3D-моделирование белков для предсказания структур ферментов, кодируемых этими генами. На основе анализа один из генов был модифицирован для получения фермента, названного LrsL (от Red Sea (rs), Labrenzia (L) и лактоназа (L)). LrsL специфически расщепляет класс сигнальных молекул — ацил-гомосеринлактоны (AHLs).

Структурный и функциональный анализ показал, что фермент очень эффективно подавляет образование биоплёнок бактерией Pseudomonas aeruginosa, известной внутрибольничными инфекциями. "Фактически, LrsL продемонстрировал самую высокую каталитическую активность среди всех известных на сегодня ферментов, подавляющих кворум", — отмечает молекулярный биофизик Стефан Арольд. Эта исключительная активность, вероятно, обусловлена необычным карманом в структуре фермента, позволяющим LrsL прочно связываться с широким спектром молекул AHL.

Хотя LrsL терял структуру и функцию при нагреве выше 50°C, он полностью восстанавливал их после охлаждения, даже после длительной обработки при 120°C. Эта характеристика делает фермент перспективным кандидатом для клинического и промышленного применения.

"Современные химические методы борьбы с обрастанием и биоплёнками либо токсичны для окружающей среды, либо связаны с использованием антибиотиков, что ведёт к росту антимикробной резистентности", — говорит биотехнолог Афаке Момин. "Ферменты, подавляющие кворум, перспективны для преодоления этих проблем. LrsL обладает исключительной эффективностью, стабильностью и сильным действием на биоплёнки, что делает его мощным инструментом для борьбы с их образованием в различных условиях".

Для коммерческого применения LrsL необходимы дальнейшие исследования. Команда продолжит изучать образцы из Красного моря в поисках ещё более быстрых и стабильных ферментов, подавляющих кворум.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Microbiology.