Учёные открыли ключевой белок для выживания бактерий в экстремальных условиях

Учёные обнаружили белок, который позволяет бактериям переходить в состояние покоя в виде спор при экстремальных условиях. Этот процесс делает бактерии практически неразрушимыми и объясняет их способность выживать в необитаемых местах, таких как вечная мерзлота, глубины океана или космическое пространство.

Способность к споруляции также позволяет супербактериям уклоняться от больничной уборки, а затем возвращаться к жизни в кишечнике ослабленных пациентов.

Открытие нового белка, участвующего в споруляции у группы бактерий, может углубить понимание их способности выживать и открыть новые пути для антимикробной терапии.

Исследование, представленное в двух статьях в Genes & Development, посвящено Bacillus — группе бактерий, включающей cereus (возбудитель пищевых отравлений) и сибирскую язву. В работе участвовали учёные из Департамента химии Королевского колледжа Лондона, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Института науки о патогенах Общества Макса Планка в Берлине и Колледжа Маунт-Холиок (США).

Профессор Ривка Айзексон, соавтор обеих статей, пояснила: «Мы давно знали, что бактерии способны останавливать метаболизм в неблагоприятных условиях, превращаясь в долгоживущие, неразрушимые споры, которые могут сохраняться тысячи лет. Это происходит путём асимметричного клеточного деления, когда большая часть — «материнская клетка» — поглощает меньшую, «предспору», обеспечивая её питательными веществами и защитным внешним слоем».

Хотя этот процесс хорошо изучен, механизмы остановки метаболизма оставались загадкой, пока учёные не обнаружили, что за этим стоит ранее не охарактеризованный белок MdfA.

Профессор Айзексон объяснила: «В каждой клетке есть «центр переработки» — протеаза, отвечающая за расщепление старых или повреждённых белков. Мы обнаружили, что MdfA действует как адаптер, который направляет белки на утилизацию. В случае споруляции этот белок приказывает клетке избавиться от своих метаболических ферментов, ответственных за активный рост, путём их разрушения через протеазу, тем самым осуществляя метаболическое отключение».

После идентификации MdfA химики из Королевского колледжа Лондона с помощью рентгеновской кристаллографии определили кристаллическую структуру белка, обнаружив совершенно новую молекулярную форму. Это позволило понять, как MdfA связывается с частью клеточной «системы утилизации» — белком ClpC.

Учёные также обнаружили, что принудительная сверхэкспрессия MdfA в активно растущих клетках становилась для них токсичной и приводила к их разрыву.

Хотя MdfA отсутствует у большинства других форм бактерий, белок ClpC и система утилизации есть, поэтому аналогичные белки могут отвечать за споруляцию у других бактерий, включая патогенные.

Профессор Айзексон отметила: «Это открытие улучшило наше понимание работы бактерий и открыло новый способ изучения споруляции. Поскольку споруляция играет ключевую роль в выживании бактерий, чем больше мы понимаем этот процесс, тем лучше сможем контролировать и уничтожать вредные бактерии».

Учёные также надеются, что их открытие может привести к новым стратегиям разработки антимикробных препаратов.

Профессор Айзексон добавила: «Если можно нацелиться на механизм деградации клеток для удаления определённых белков, это открывает новые пути для антимикробной терапии, аналогичные новой форме лечения рака, известной как направленная деградация белков или PROTAC, которая перепрофилирует клеточную систему утилизации для терапии».