Новые структуры раскрывают механизм работы бактериального мотора, управляющего хемотаксисом — ключевым процессом инфекции

Бактериальные инфекции остаются ведущей причиной заболеваемости и смертности, вызывая почти 8 миллионов смертей ежегодно. Одной из ключевых характеристик всех патогенных бактерий является хемотаксис — процесс, позволяющий им двигаться к питательным веществам, находить ниши для заражения и формировать биопленки. Хемотаксис необходим для вирулентности и является потенциальной мишенью для новых лекарств.

Для хемотаксиса требуется мотор, вращающий жгутик — волосоподобный отросток, обеспечивающий движение. Изменение направления и скорости вращения жгутика позволяет бактерии двигаться к стимулам или от них. Однако архитектура центральных компонентов этого мотора оставалась недостаточно изученной, что мешало созданию препаратов, нацеленных на этот процесс.

Новое исследование, опубликованное в Nature Microbiology группой под руководством профессора Тины Иверсон, проливает свет на работу компонента мотора, называемого переключателем (switch), который меняет направление вращения и передает крутящий момент на жгутик.

В качестве модели ученые использовали Salmonella enterica — бактерию, вызывающую около 60 000 смертей в год. Исследователи выделили и очистили моторы S. enterica, стабилизированные в разных конфигурациях плавания. Затем с помощью криоэлектронного микроскопа Titan Krios (стоимостью $10 млн) в Центре структурной биологии Университета Вандербильта были получены структуры высокого разрешения.

Эти структуры показали, как бактериальный мотор обеспечивает вращение жгутика по и против часовой стрелки, позволяя бактерии плыть прямо или менять направление. Также стало понятнее, как белки связываются с мотором, регулируя движение.

Полученные результаты применимы к широкому спектру инфекций. Например, аппарат хемотаксиса Salmonella практически идентичен таковому у Escherichia coli, которая вызывает более 250 000 инфекций ежегодно только в США. Поскольку хемотаксис необходим для заражения, избирательное нарушение взаимодействий, позволяющих патогенам формировать резервуар в организме, может помочь предотвратить рецидивирующие инфекции, не затрагивая нормальный микробиом.

Лаборатория Иверсон теперь работает над идентификацией того, как более широкий спектр белковых партнеров связывается с жгутиковым мотором во время хемотаксиса. Ученые надеются, что это приведет к разработке способов нарушить хемотаксис во время инфекции.