Как бактерии взаимодействуют с окружающей средой

Понимание того, как бактерии взаимодействуют с клетками и поверхностями, важно для изучения отношений «хозяин-патоген» и открывает возможности для практического применения — от разработки новых антибиотиков до восстановления экосистем.

Изучение механизмов связывания

Фибриллярные адгезины — это белки на поверхности бактериальной клетки, которые опосредуют взаимодействие с окружающей средой (например, с клетками хозяина или другими бактериями). У них обычно есть «стебель», помогающий им пересекать поверхность клетки и приближаться к мишеням. Эти белки необходимы для взаимодействия бактерии с хозяином, но они быстро эволюционируют, что затрудняет их изучение.

В исследовании использовали машинное обучение и данные базы UniProt, а также AlphaFold, чтобы восполнить пробелы в знаниях. Анализ сосредоточили на двух типах бактерий:

• Firmicutes — хорошо изученные бактерии, обитающие, в том числе, в кишечнике человека.
• Actinobacteria — широко распространены в наземных и водных экосистемах.

Анализ выявил более 6500 фибриллярных адгезинов, многие из которых ранее не были известны. Это показывает, как много ещё неизвестно о процессе связывания, фундаментальном для бактериального мира.

Практическое значение и будущие направления

Понимание того, как бактерии взаимодействуют с биотическими или абиотическими поверхностями, позволяет:

• Исследовать, как лекарства могут нацеливаться на эти взаимодействия.
• Влиять на бактериальные сообщества в организме (например, улучшать здоровье микробиома кишечника) или в окружающей среде (восстанавливать морской или почвенный микробиом после загрязнения).

Такие исследования помогают заполнить пробелы в понимании бактерий. В рамках тематики EMBL по микробным экосистемам и биологии инфекций ставятся задачи:

• Изучить молекулярные механизмы взаимодействия микробов с хозяином и средой.
• Системно картировать и моделировать интерфейсы «хозяин-патоген» на атомном, молекулярном и тканевом уровнях, чтобы понять процессы инфекции и способы борьбы с ней.

Структурные модели AlphaFold и результаты прогнозов машинного обучения из этого исследования доступны в институциональном репозитории Кембриджского университета для всех, кто изучает бактериальные адгезивные структуры.