D-аминокислоты играют роль в стресс-индуцированном ответе холерного вибриона

Холерные бактерии используют специфические D-аминокислоты, чтобы покидать неблагоприятные ниши и формировать сложные экологические системы. Это показало исследование под руководством научной группы Умеоского университета (Швеция). Открытие может иметь значение для изучения бактериальных инфекций. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Результаты раскрыли новую роль D-аминокислот в стресс-индуцированной бактериальной хемотаксии. Используя передовые технологии, исследователи идентифицировали ранее не охарактеризованный хеморецептор MCP^DRK, специфичный к D-аргинину и D-лизину. Двойная функция этих D-аминокислот как токсичных соединений и сигналов стресса предполагает их роль в формировании микробных сообществ и выборе ниши.

Роль L-аминокислот как сигнальных молекул хорошо изучена, но функция их D-форм в хемотаксисе оставалась в основном неизвестной. Vibrio cholerae, морская бактерия, вызывающая холеру, выделяет в среду высокие концентрации D-аминокислот.

В исследовании мутант, не продуцирующий внеклеточные D-аминокислоты, показал сниженную способность к движению. Более глубокий анализ указал на D-аргинин и D-лизин как на репеллентные хемотаксические сигналы.

"Эта бактерия имеет очень сложную хемотаксическую систему, включающую по меньшей мере 45 хеморецепторов. Поэтому мы стратегически применили двумерный термальный профилирование протеома вместо обычно используемых подходов мутагенеза. Эта стратегия позволила нам эффективно скринировать и идентифицировать специфический хеморецептор, ответственный за восприятие D-аргинина и D-лизина, который мы назвали MCP^DRK", — говорит Ойане Иразоки, первый автор исследования.

Структурная характеристика сенсорного белка в комплексе с обеими D-аминокислотами позволила идентифицировать ключевые остатки, связывающие лиганд, и предсказать функциональные ортологи у других видов.

Ключевым открытием исследования стала многогранная роль D-аргинина в формировании биоразнообразия и структурной динамики микробных сообществ. С одной стороны, он действует как механизм очистки среды от потенциальных конкурентов, а с другой — управляет миграцией сообщества к более благоприятным экологическим нишам.

V. cholerae развила стратегию "бей или беги", при которой гены, кодирующие хеморецептор D-аргинина и широкоспектральную рацемазу, ответственную за продукцию D-аминокислот, расположены в тандеме в пределах одного оперона. Более того, эта организация контролируется стрессовым сигма-фактором RpoS. Благодаря синхронизированной продукции D-аргинина и его соответствующего MCP, V. cholerae устанавливает высокоэффективный стресс-ответный механизм, одновременно предотвращая его бесполезную активацию в благоприятных условиях.

"Эти выводы углубляют наши знания о поведении бактерий и могут повлиять на разработку стратегий для манипулирования бактериальными популяциями или контроля бактериальных инфекций", — говорит профессор Фелипе Кава.