Учёные раскрыли конфигурации бактериофага SBP8a
Новое исследование показало ранее неизвестные детали бактериофага сибирской язвы — вируса, поражающего бактерии Bacillus anthracis. Впервые раскрыт механизм заражения им клетки-хозяина, что даёт первоначальную схему для возможной модификации фага в инструмент для обнаружения и уничтожения сибирской язвы и других потенциальных агентов биотерроризма.
Бактериофаг, известный как Bacillus anthracis spore-binding phage 8a (SBP8a), слишком мал для обычного светового микроскопа. Для его визуализации исследователи использовали криоэлектронную томографию, получая изображения мгновенно замороженного образца под разными углами в электронном микроскопе. С помощью компьютеров эти снимки были объединены в трёхмерные модели фага.
Одним из неожиданных результатов стало обнаружение SBP8a в четырёх различных конфигурациях. Хотя все четыре состояния в целом схожи (имеют глобулярную «головку» и линейный «хвост»), между ними есть значимые различия, которые, по мнению учёных, соответствуют разным этапам процесса вирусной инфекции.
«Изображения, полученные для этих четырёх основных популяций, чётко показывают в трёх измерениях, как эти удивительные наноустройства способны проникать в клетку сибирской язвы, высвобождать свою ДНК из головки бактериофага и в конечном итоге контролировать её поток через хвост фага в клетку», — сказал Марк Мораис, старший автор статьи в журнале Virology.
Каждое состояние SBP8a характеризуется четырьмя ключевыми субструктурами:
- Базисная пластинка в форме хоккейной шайбы на конце хвоста.
- Полая трубка, идущая от головки к базисной пластинке.
- Чехол, образованный шестью нитями, обвивающими трубку.
- Шейка на стыке хвоста и головки с ДНК, соединённая с базисной пластинкой спиральным чехлом.
Процесс начинается, когда базисная пластинка распознаёт и связывается с подходящим рецептором на бактерии. Это связывание вызывает немедленное изменение формы пластинки на более открытую, когтевидную структуру, что, в свою очередь, даёт сигнал чехлу сократиться почти вдвое.
«Когда он сокращается, трубке ничего не остаётся, как вонзиться в клетку, подобно шприцу, — объясняет Мораис. — Помимо сокращения, хвостовой чехол также вращается. Это вращение создаёт крутящий момент на белке шейки, который открывает её, позволяя ДНК теперь течь из головки в хвост, а затем через хвост в цитоплазму клетки-хозяина».
Интерес Мораиса к SBP8a выходит за рамки механики его репликации. В отличие от других фагов сибирской язвы, SBP8a связывается со спорами Bacillus anthracis, а не только с бактериями. Это даёт ему потенциал стать основой для высокоэффективной системы обнаружения смертоносного агента.
«Мы хотим добиться достаточно высокого разрешения, чтобы видеть вторичную структуру и создавать надёжные модели, и по-настоящему рационально конструировать подобные вещи, — говорит Мораис. — Геном теперь секвенирован, и мы выясняем, какие части можно удалить и заменить на зелёный флуоресцентный белок — первый шаг к наделению этих бактериофагов репортёрной способностью и превращению их в инструмент детекции.
Преимущество нашего подхода в его полной гибкости. У каждой патогенной бактерии есть связанный с ней фаг. Таким образом, можно пометить каждый патоген-специфичный фаг сигнальной молекулой разного цвета, чтобы создать коктейль из модифицированных фагов, который будет светиться разным цветом в зависимости от присутствующей бактерии. Такой набор можно использовать для быстрой идентификации патогена при биотеррористической атаке».