Механизм перемещения белков помогает бактериям выкачивать антибиотики

Исследователи под руководством Корнеллского университета выяснили, как бактерии выживают при воздействии антибиотиков: механизм перемещения белков помогает комплексу MacAB-TolC выкачивать из клетки широкий спектр антибиотиков и других физиологических субстратов.

Теперь, когда механизм идентифицирован, учёные используют химические и механические методы, чтобы нарушить этот процесс и позволить антибиотикам работать беспрепятственно.

Исследование, опубликованное в Cell Reports Physical Science, возглавил Пэн Чэнь, профессор химии. Соавторы — Вэньяо Чжан, Ph.D. '23, и Кристин Харпер, Ph.D. '22.

Грам-отрицательные бактерии особенно устойчивы к антибиотикам благодаря дополнительной мембране и сложной системе из трёхчастного белкового комплекса — MacAB-TolC. Этот комплекс, или мультилекарственный эффлюксный насос, пронизывает внутреннюю и внешнюю мембраны клетки, а также периплазму между ними:

• TolC — на внешней мембране.
• MacB — на внутренней мембране.
• MacA — в периплазме (закреплён на внутренней мембране).

Комплекс откачивает не только антибиотики, но и факторы вирулентности. Для работы три белка должны собраться в строгой стехиометрии: 2 MacB : 6 MacA : 3 TolC.

Однако с помощью одно-молекулярной визуализации в клетках E. coli команда Чэня обнаружила, что концентрация белков в клетке несбалансирована. Внутри клетки плавает избыток белков MacB (и ещё больше TolC, что было известно ранее), чем необходимо для сборки комплекса 2:6:3. Кроме того, адаптерный белок MacA может отсоединяться от собранной структуры MacAB-TolC.

Исследователи выяснили, что "лишние" белки MacB, не связанные с MacA, имеют открытый сайт для связывания субстрата. Как только субстрат (например, антибиотик) связывается с таким MacB, некоторые белки MacA могут переместиться к нему и собрать рабочий комплекс для откачки субстрата наружу.

Для проверки возможности прервать этот механизм учёные использовали микрофлюидное устройство, созданное в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Сдавливание E. coli в этом устройстве деформировало клетку, нарушало сборку комплекса и лишало бактерию устойчивости к антибиотикам.

Это открытие показывает, что дисбаланс в стехиометрии белков может быть функционально значимым для работы клеточных систем.