Бактерии Pandoraea используют уникальные молекулы для захвата железа в лёгочном микробиоме
Междисциплинарная исследовательская группа под руководством Leibniz-HKI в Йене обнаружила новую группу биологически активных природных соединений у патогенных бактерий рода Pandoraea — пандорабактины. Эти молекулы позволяют бактериям извлекать жизненно важное железо из других микроорганизмов и могут влиять на микробный баланс в лёгких человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Бактерии с двойственной природой
Бактерии рода Pandoraea изучены мало. Их название отсылает к ящику Пандоры из греческой мифологии, символизирующему неконтролируемую опасность. Однако, как отмечает первый автор публикации Елена Херцог, эти патогенные бактерии обладают не только негативными свойствами: «Бактерии Pandoraea несут не только риски. Они также производят природные продукты с антибактериальным эффектом».
До сих пор молекулярные свойства этих бактерий были почти неизвестны, хотя они обнаруживаются в лёгочном микробиоме пациентов с муковисцидозом или сепсисом.
Гонка за железом
Железо, играющее центральную роль в ферментах и дыхательной цепи, необходимо для выживания бактерий. В бедных железом средах, таких как организм человека, многие микроорганизмы производят сидерофоры — небольшие молекулы, которые связывают железо и транспортируют его в клетку.
Исследователи задались вопросом, как штаммы Pandoraea выживают в конкурентной среде. С помощью биоинформатического анализа они выявили ранее неизвестный генный кластер pan, кодирующий нерибосомальную пептидную синтетазу — типичный фермент для производства сидерофоров.
Открытие пандорабактинов
Используя целевое инактивирование генов, культуральные методы и современные аналитические техники (масс-спектрометрию, ЯМР-спектроскопию, химическую деградацию и дериватизацию), учёные выделили два новых природных продукта и расшифровали их химическую структуру: пандорабактин A и B.
Оба соединения способны хелатировать железо. «Молекулы помогают бактериям поглощать железо, когда его не хватает в окружающей среде», — поясняет Херцог.
Влияние на микробиом
Биологические тесты показали, что пандорабактины ингибируют рост других бактерий, таких как Pseudomonas, Mycobacterium и Stenotrophomonas, отбирая у них железо.
Анализ образцов мокроты из лёгких пациентов с муковисцидозом выявил, что обнаружение генного кластера pan коррелирует с изменениями в лёгочном микробиоме. Таким образом, пандорабактины могут напрямую влиять на микробные сообщества в больных лёгких.
«Пока ещё рано выводить из этих открытий медицинские применения», — подчёркивает Херцог. Тем не менее, открытие даёт важную информацию о стратегиях выживания бактерий рода Pandoraea и о сложной конкуренции за жизненно важные ресурсы в организме человека.
Исследование проведено в тесном сотрудничестве Leibniz-HKI с университетами Йены, Гейдельберга и Гонконга в рамках кластера передового опыта «Balance of the Microverse» и совместного исследовательского центра ChemBioSys.