Атомная структура ДНК-трубки бактериофага — методологический прорыв

Бактериофаги (фаги), способные уничтожать бактерии, представляют большой научный интерес. Исследователи из Института молекулярной фармакологии им. Лейбница (FMP) в Берлине совместно с коллегами из Исследовательского центра Юлиха и Университетской клиники Йены впервые определили трехмерную структуру ключевого компонента фага — трубки для имплантации ДНК в бактерию — с атомным разрешением. Ключом к успеху стало сочетание двух методов: ЯМР-спектроскопии в твердом теле и криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ). Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Совершенная конструкция для транспорта ДНК

«Структура и гибкость ДНК-трубки, прикрепленной к икосаэдрическому капсиду, чем-то напоминают позвоночник, — пояснил профессор FMP Адам Ланге. — Она, кажется, идеально предназначена для транспорта ДНК».

Ученые исследовали вариант фага SPP1. Сочетание методов позволило получить уникальные данные:

• Крио-ЭМ дала представление об общей архитектуре.
• Твердотельный ЯМР визуализировал гибкие структуры и мелкие детали.

Для компьютерного объединения двух наборов данных потребовались новые алгоритмы моделирования, разработанные профессором Михаэлем Хабеком.

Структура и механизм

Полученная модель показывает, что шесть белков gp17.1 организуются в стопки колец, формируя полую трубку. Кольца соединены гибкими линкерами, что делает трубку очень изгибаемой.

«Теперь мы можем понять, как отрицательно заряженная ДНК отталкивается от аналогично заряженной внутренней стенки гибкой трубки и беспрепятственно проходит через нее, — объяснил ведущий автор исследования из FMP Максимилиан Цинке. — Именно этим путем бактерии в конечном итоге уничтожаются».

Методологический прорыв и перспективы

По словам Адама Ланге, эта работа представляет собой скачок в исследованиях фагов и продвигает интегративную структурную биологию — комбинацию комплементарных методов.

На кампусе Берлин-Бух для этого создается уникальная инфраструктура:

• Установлен новый высокоразрешающий электронный микроскоп Titan Krios.
• Вскоре будет добавлен ЯМР-спектрометр на 1.2 гигагерца, самый чувствительный в мире.

«Оснащенные крио-ЭМ и самым чувствительным ЯМР-спектрометром, мы будем очень заметны в интегративной структурной биологии в будущем», — отметил Адам Ланге.