Исследователи открыли важный механизм мембранного транспорта у патогенных бактерий

Некоторые бактериальные мембранные транспортеры работают почти как грузовые лифты, перемещая вещества через клеточную мембрану внутрь клетки. Сам транспортер пронизывает бактериальную мембрану. Как погрузчик, растворимый белок вне бактерии доставляет вещество к "лифту" и разгружает свой груз. "Грузовой лифт" транспортирует его внутрь клетки.

Исследователи из Университетской клиники Бонна (UKB) и Боннского университета совместно с командой из Йоркского университета изучили взаимодействие между транспортером и его растворимым субстрат-связывающим белком. Интересно, что они точно подстраиваются друг под друга в процессе транспортировки.

Поскольку это происходит очень быстро, исследователи виртуально "заблокировали" лифт, целенаправленно вставив якоря — так называемые дисульфидные мостики. Это позволило им доказать, что только "загруженный погрузчик" подходит лифту, если тот находится на нужном "этаже". Это делает транспортировку действительно эффективной. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Патогенные бактерии, такие как Haemophilus influenzae, имеют так называемые ATP-независимые периплазматические (TRAP) транспортеры. Патоген использует TRAP-транспортер для транспорта сиаловой кислоты из окружающей среды внутрь клетки, где она затем встраивается в бактериальную клеточную стенку.

"Как только она встраивается в бактериальную клеточную стенку, сиаловая кислота действует как маскировочный колпак для бактерий. Это позволяет им скрываться от нашей иммунной системы, поскольку делает их похожими на собственную ткань организма", — говорит PD д-р Грегор Хагелюкен из Института структурной биологии UKB.

Белок ловит вещество, как венерина мухоловка

TRAP-транспортеру помогает дополнительный субстрат-связывающий белок (SBP), который ищет сиаловую кислоту вне бактериальной мембраны. Как только этот "погрузчик" находит молекулу сахара, SBP меняет форму и прочно связывает сиаловую кислоту. "Этот процесс связывания можно сравнить с захлопыванием венериной мухоловки", — говорит Филипп Хендрикс, один из первых авторов исследования.

Давно предполагалось, что TRAP-транспортер распознает закрытую форму субстрат-связывающего белка. Боннские исследователи проверили, действительно ли открытие и закрытие SBP и движение TRAP-транспортера вверх-вниз связаны друг с другом.

Поскольку эти движения очень быстрые, команда Хагелюкена использовала так называемый дисульфидный инжиниринг — специальный биотехнологический инструмент — чтобы заблокировать транспортер. "Мы заблокировали 'лифт' на разных этажах — либо внутри клетки, либо снаружи", — говорит первый автор д-р Мартин Петер.

Бактериальный грузовой лифт, видимый с помощью флуоресцентной микроскопии

Совместно с лабораторией проф. д-ра Ульриха Кубитшека из Института физической и теоретической химии Клаузиуса Боннского университета исследователи смогли внедрить TRAP-транспортер в искусственные мембраны. Используя флуоресцентную микроскопию одиночных молекул, они смогли точно наблюдать связывание между TRAP-транспортером и "погрузчиком".

"Наши эксперименты показали, что движения SBP и движения трансмембранного лифта действительно связаны друг с другом", — говорит первый автор Ян А. Руланд. Таким образом, SBP в закрытом состоянии предпочтительно связывается с лифтом, обращенным внутрь мембраны, а "открытый" SBP — с обращенным наружу TRAP-транспортером.

"Эти новые данные о механизме транспортера могут в будущем помочь в разработке антибиотиков, которые обеспечат "застревание" бактериальных лифтов. Это положит конец игре в прятки, и наша иммунная система сможет легче уничтожать бактерии", — говорит Хагелюкен из UKB.