Ученые приблизились к разгадке механизма адаптации бактерий к антибиотикам

Международная группа исследователей, включая ученых из Лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ, предложила объяснение того, как бактерии обрабатывают внешние сигналы. Определив детальную структуру белкового комплекса, используемого бактериями, ученые получили представление о способности этих микроорганизмов улавливать даже небольшие изменения в окружающей среде и адаптироваться к ним. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.

Способность бактерий адаптироваться к изменяющейся среде делает многие антибиотики неэффективными. Чтобы получать информацию о внешнем мире, бактерии полагаются на двухкомпонентные сигнальные системы, состоящие из трансмембранных белковых комплексов. Понимание механизма работы таких комплексов требует определения их точной структуры. Это делает их потенциальными мишенями для новых антибиотиков.

В исследовании ученые изучили кристаллические структуры основного и активного состояний одной такой системы, состоящей из сенсорного фоторецептора родопсина II, связанного с его соответствующим трансдьюсером. Команда продемонстрировала, что этот комплекс может иметь U-образную структуру в дополнение к обычной V-образной конформации, о которой сообщалось в предыдущих исследованиях.

Было высказано предположение, что при переходе от U- к V-образной форме рецепторно-трансдьюсерный комплекс переходит в активное состояние, которое может быть задействовано в передаче сигнала. Это согласуется с существующими биологическими данными. Следовательно, можно нарушить передачу сигнала, воздействуя на клетку подходящим препаратом, предотвращающим переход V–U.

«Наши выводы имеют практическое применение в борьбе с устойчивостью бактерий. Однако это исследование в первую очередь значимо для фундаментального понимания механизмов передачи сигналов у бактерий, поскольку они могут быть задействованы в тысячах других подобных бактериальных рецепторов, отвечающих за все виды функций клетки. Эти идеи позволят нам создавать более точные модели рецепторов», — говорит Валентин Борщевский, старший научный сотрудник Лаборатории.

Среди других бактериальных рецепторов изучаемый белковый комплекс играет важную роль в работе аспартатного (Tar) и серинового (Tsr) рецепторов. Первый направляет бактерии к питательным веществам (например, аспартату и мальтозе) и от вредных агентов (например, никеля и кобальта). Второй используется такими бактериями, как Salmonella и E. coli, для поиска серина, который они потребляют в качестве питательного вещества, и для избегания вредных кислот.