Патогенные бактерии используют молекулярные «шаттлы» для загрузки инъекционного аппарата
Болезнетворные бактерии, такие как Salmonella или Yersinia, используют крошечные инъекционные аппараты — «инъектисомы» (type III secretion systems) — для впрыскивания вредоносных белков в клетки хозяина. Понимание их работы важно не только для контроля заболеваний, но и для потенциальной доставки лекарств, например, в раковые клетки.
Хотя структура инъектисомы уже известна, оставалось неясным, как бактерии загружают свои «шприцы» нужными белками (эффекторами) в нужный момент.
Мобильные компоненты ищут белки-эффекторы
Исследование, опубликованное в Nature Microbiology (учёные из Института микробиологии им. Макса Планка в Марбурге и Боннского университета), показало: мобильные компоненты инъектисомы «прочёсывают» цитоплазму бактериальной клетки в поисках эффекторов. Обнаружив их, они, подобно шаттлу, транспортируют груз к «воротам» инъекционной иглы.
«То, как белки сортировочной платформы в цитозоле связываются с эффекторами и доставляют груз к экспортным воротам мембраносвязанного инъектисома, можно сравнить с процессами на грузовом терминале», — объясняет первый автор работы Стефан Вимми.
Такой механизм «челнока», вероятно, обеспечивает эффективность и специфичность инъекции, что критически важно для выживания бактерий, чтобы избежать быстрого распознавания иммунной системой.
Новые методы: биохимия in situ
Для изучения этого быстрого процесса загрузки потребовались новые подходы, так как традиционные методы не позволяли уловить кратковременные взаимодействия.
Команда применила два метода в живых клетках:
- Метод близкородственного мечения (proximity labeling): белок «помечает» своих непосредственных соседей, что позволило подтвердить связь эффекторов с мобильными компонентами инъектисомы.
- Трекинг одиночных частиц (single-particle tracking): высокоразрешающая микроскопия, отслеживающая перемещение индивидуальных белков в клетке.
Эти подходы, названные «in situ биохимией», и позволили совершить прорыв.
Перспективы
В дальнейшем учёные планируют использовать разработанные методы для изучения других механизмов бактериальной инфекции.
«Чем больше мы знаем о том, как бактерии используют эти системы во время заражения, тем лучше мы понимаем, как на них можно повлиять — будь то предотвращение инфекций или модификация систем для применения в медицине или биотехнологии», — говорит руководитель исследования Андреас Дипольд.