Бактериальный фермент использует витамин C для нейтрализации иммунной защиты

Патогенные микроорганизмы, такие как бактерии, развивают сложные стратегии защиты, чтобы выжить в организме хозяина. Одна из них — нейтрализация окислителей, которые выделяют иммунные клетки для уничтожения захватчиков.

Исследовательская группа под руководством Луиса Эдуардо Соареса Нетто из Института биологических наук Университета Сан-Паулу (IB-USP) описала, как белок LsfA (тип 1-Cys пероксиредоксин) защищает бактерии Pseudomonas aeruginosa от перекиси водорода, производимой иммунным ответом. LsfA катализирует устранение гидропероксидов, используя аскорбат (витамин C) в качестве восстановителя, тем самым усиливая антиоксидантную защиту бактерий.

Раскрытие структуры ключевого фермента

«Основной вклад нашей работы — структурное определение белка, участвующего в вирулентности медицински важной бактерии. Мы также показали, что аскорбат может действовать как восстановитель в клеточной системе, что является новым. В техническом плане мы первые, кто использовал зонд HyPer7 в Pseudomonas», — сказал Рожериу Луис Алейшу Силва, исследователь из Медицинской школы Чан Массачусетского университета.

Полученные уникальные структурные данные могут открыть новые возможности для разработки специфических ингибиторов бактериального фермента и создания новых терапевтических стратегий.

«Это первое исследование, характеризующее биохимию и структуру бактериального Prx6. В литературе, среди трёх основных доменов жизни — эубактерий, архей и эукариот — уже есть много разрешённых структур Prx6, в основном у архей и млекопитающих, включая человека. Но это первая структура бактериального Prx6. У E. coli, классической модельной бактерии, нет Prx6», — комментирует Нетто.

Результаты исследования опубликованы в журнале Redox Biology.

Как защищается Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa — оппортунистическая бактерия, вызывающая инфекции у людей с ослабленным иммунитетом. Она вызывает различные внутрибольничные инфекции: пневмонию у пациентов с муковисцидозом, инфекции мочевыводящих путей, инфекции ожогов и хирургических ран. Также может вызывать эндокардит и септицемию. Из-за устойчивости к антибиотикам она входит в список приоритетных бактериальных патогенов Всемирной организации здравоохранения (WHO) для разработки новых методов лечения.

При инфекции организм мобилизует иммунную защиту, например, фагоциты. Эти клетки борются с микроорганизмами, выделяя активные формы кислорода, азота и хлора. В ответ на этот окислительный стресс бактерии, такие как P. aeruginosa, активируют защитные механизмы с участием различных антиоксидантных белков, включая пероксиредоксины (Prxs).

LsfA, пероксиредоксин подсемейства Prx6, присутствует в P. aeruginosa и связан с вирулентностью бактерий. Исследователи показали, что, хотя у P. aeruginosa есть арсенал антиоксидантных ферментов, LsfA выделяется высокой эффективностью в разложении перекиси водорода.

Ключевое открытие — взаимодействие между LsfA и аскорбатом. В 2007 году группа Нетто показала, что этот витамин может восстанавливать сульфеновую кислоту, которая образуется при окислении 1-Cys пероксиредоксинов. Это бросает вызов преобладающему мнению, что эти ферменты зависят исключительно от восстановления тиолов.

Хотя роль витамина C как восстановителя Prx в биологических системах остаётся не до конца ясной, структурный анализ исследования предполагает, что аскорбат взаимодействует напрямую с активным центром LsfA. Это взаимодействие позволяет ферменту регенерировать после окисления и восстанавливать свою антиоксидантную функцию.

Последствия для новых антибактериальных терапий

Поскольку бактериальный LsfA имеет гомолог у человека, любой потенциальный ингибитор должен нацеливаться только на бактериальную форму, не затрагивая человеческую. Исследователи продемонстрировали, что, несмотря на структурное сходство с другими белками Prx6, бактериальный LsfA обладает уникальными электростатическими свойствами, что приводит к различным зарядам в его активных центрах. Эти различия влияют на то, как ингибитор взаимодействует с каждой версией фермента.

«Преимущество нашего исследования в том, что, помимо решения структуры, мы использовали компьютерный докинг (in silico docking), чтобы показать некоторые взаимодействия между LsfA и аскорбатом, которые, возможно, можно сымитировать с помощью ингибитора», — говорит Алейшу-Силва.

По словам Нетто, следующие шаги включают дальнейшее изучение метаболизма аскорбата в P. aeruginosa, а также исследования с использованием моделей макрофагов для оценки эффектов исключения LsfA на защиту бактерий и воспалительные реакции хозяина.