Световая сигнализация бактерий может помочь победить опасные инфекции

Все формы жизни переводят сигналы среды в поведение клеток, помогающее выживать. Это универсальное свойство может быть ключом к пониманию того, как обычные бактерии превращаются в смертельные инфекции у людей. Однако сложные процессы сенсорного восприятия и передачи сигналов, позволяющие адаптироваться, плохо изучены даже у простейших бактерий.

Новая статья в PNAS описывает, как исследователи из Advanced Science Research Center (ASRC) при Городском университете Нью-Йорка используют синий свет и бактерии Erythrobacter litoralis для раскрытия неизвестных деталей одного из таких процессов. Их результаты могут помочь в создании новых, более эффективных антибиотиков и противогрибковых препаратов.

E. litoralis — обитающие в океане бактерии, чье клеточное поведение активируется при контакте с синим светом. «Мы выбрали этих бактерий в качестве модели, потому что их реакция на синий свет включает меньше этапов, чем многие другие бактериальные процессы», — сказал первый автор Игорь Дикий, постдокторант NIH в ASRC. «Мы полагаем, что некоторые более сложные патогенные бактерии, живущие в кишечнике, также могут реагировать на световую стимуляцию».

Исследователи поставили цель выяснить, как в ответ на свет инициируется и осуществляется клеточная активность в E. litoralis. Ранее в лаборатории директора Инициативы структурной биологии ASRC Кевина Гарднера уже изучили часть этого процесса. Было известно, что когда синий свет попадает на бактерию, его обнаруживает сенсорный домен белка-гистидинкиназы EL346. Оставалось неизвестным, как сигнал передается от этого светочувствительного домена к каталитическому киназному домену.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи ASRC применили две технологии, позволившие отследить движения внутри белковой молекулы, участвующие в передаче сигнала:

1. Используя оборудование ASRC Biomolecular Mass Spectrometry Facility и метод водород-дейтериевого обмена с масс-спектрометрией (HDX-MS), они смогли обнаружить изменения массы белка EL346 после воздействия синего света.
2. Совместно с исследователями из Cornell University's ACERT команда использовала электронный спиновый резонанс (ESR) для измерения изменений расстояния между сенсорным и каталитическим доменами белка после воздействия света.

Эти измерения позволили составить картину внутренних механизмов контроля белка.

«Ценность этих находок в том, что эта конкретная сенсорно-сигнальная структура уникальна для бактерий. Это значит, мы можем использовать эти результаты для разработки новых лекарств, которые будут воздействовать только на родственные сигнальные процессы у целевых бактерий», — сказал Гарднер.

Следующая цель лаборатории — исследовать, как клетки E. litoralis далее реагируют на стимул синего света.