Скрытое оружие бактерий: токсин, запертый в капсуле и закупоренный пробкой
Микробиом — это дом для примерно 100 триллионов бактерий, существующих в виде плотной колонии множества разных штаммов и видов. Как и все организмы, бактерии вынуждены конкурировать друг с другом за пространство и ресурсы, ведя «войну» с помощью выброса токсинов для уничтожения соперников. Одно из многих орудий в этой неизбежной борьбе — система секреции VI типа (T6SS), которая доставляет токсичные эффекторы в клетки врагов. Совместные группы Штефана Раунзера из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде и Джона Уитни из Университета Макмастера в Канаде с помощью криоэлектронной микроскопии раскрыли высокоразрешающую 3D-структуру такого эффектора у Pseudomonas protegens. Эффекторный белок RhsA содержит токсичный компонент, который находится в разблокированном состоянии, готовый к выстрелу, внутри молекулярного кокона, запечатанного пробкоподобной структурой. Их открытие поможет не только понять, как работает аппарат T6SS, но и будет способствовать будущей разработке антибактериальных методов лечения и стратегий защиты растений.
Полезная бактерия Pseudomonas protegens защищает растения от грибов и бактерий. Однако за этим кажущимся бескорыстным актом скрывается сложная система, с помощью которой бактерии пытаются занять биологическую нишу, устраняя конкурентов. Для этого бактерии разработали целый арсенал ядов и разнообразные системы инъекций.
Как отравленный дротик
Один из наиболее широко используемых инъекционных аппаратов у грамотрицательных бактерий — система секреции VI типа. При её активации в клетке собирается нанотрубка, через которую в конкурента выстреливает «отравленный дротик» со смертельными токсичными белками на кончике. Команда Раунзера вместе с командой Уитни определила 3D-структуру одного из таких токсичных белков — бактериального эффектора RhsA. Учёные обнаружили, что эффектор RhsA состоит из трёх соединённых частей: самого токсичного оружия, окружающего его кокона и пробкоподобной заглушки, которая полностью запечатывает кокон с токсином.
Разблокировка бактериального оружия
«Кокон защищает бактерию от её собственного токсина, — говорит Раунзер. — Мы уже наблюдали очень похожую стратегию у бактериальных Tc-токсинов». Учёные показали, что сам эффекторный белок расщепляет заглушку и отделяет токсин от остальной части белка, тем самым разблокируя смертоносное оружие. Однако высвобождение токсичного компонента пока невозможно, так как заглушка удерживает кокон запечатанным. «Мы предполагаем, что когда отравленный дартс проникает в клетку вражеской бактерии, возникает механическая сила для удаления расщеплённой заглушки, подобно тому, как вылетает пробка шампанского. Это обеспечило бы высвобождение токсина в нужном месте и в нужное время», — говорит Раунзер.
В серии предыдущих совместных проектов учёные уже получили много знаний о том, как работает инъекционная система T6SS. Они смогли раскрыть, как эффекторы транспортируются внутри клетки, как они загружаются на отравленный дротик и как затем дротик доставляется в клетку-хозяина. «Наша последняя совместная работа теперь даёт молекулярное представление о процессе вооружения эффекторов Rhs и его важности для высвобождения токсина. Я вполне оптимистичен, что наше дальнейшее сотрудничество раскроет ещё больше деталей работы аппарата T6SS. Это однажды может позволить сконструировать бактерии с улучшенными возможностями подавления патогенов, полезными для антибактериальных и противогрибковых применений», — говорит Уитни.
Исследование опубликовано в PLOS Pathogens.