Секрет защиты бактерии E. coli раскрыт

Исследователи из Корнеллского университета, пометив белки клетки флуоресцентными метками, выяснили, как бактерии E. coli защищаются от антибиотиков и других ядов. Вероятно, для бактерий это не очень хорошая новость.

Когда появляются нежелательные молекулы, бактериальная клетка открывает туннель через свою клеточную стенку и «эффлюксирует», или выкачивает, нарушителей.

«Динамическая сборка этих туннелей давно предполагалась, — сказал Пэн Чен, профессор химии и химической биологии. — Теперь мы их видим».

По его словам, эти открытия могут привести к созданию способов борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями с помощью «коктейля» из препаратов: «Один — для ингибирования сборки туннеля, следующий — для уничтожения бактерий».

Для изучения защитного процесса бактерий Чен и его коллеги выбрали штамм E. coli, известный своей способностью выкачивать атомы меди, которые в противном случае отравили бы бактерии. Исследователи генетически модифицировали его, добавив к ДНК, кодирующей защитный белок, дополнительную последовательность ДНК, кодирующую флуоресцентную молекулу.

Под мощным микроскопом они подвергли бактериальную клетку воздействию среды, содержащей атомы меди, и периодически облучали клетку инфракрасным лазером, чтобы вызвать флуоресценцию. Следуя за мигающими огоньками, они получили «фильм», показывающий, куда перемещался меченый белок в клетке. Они также генетически модифицировали различные белки, чтобы включать и выключать их способность связывать металлы, и наблюдали за эффектами.

Их исследование было опубликовано 12 июня в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследователи из Корнелла также сотрудничали с учёными из Хьюстонского университета, Университета Аризоны и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Ключевой белок, известный как CusB, находится в периплазме — пространстве между внутренней и внешней мембранами, составляющими клеточную стенку бактерии. Когда CusB связывается с нарушителем (в данном эксперименте — атомом меди), проникшим через пористую внешнюю мембрану, он меняет свою форму так, чтобы присоединиться между двумя родственными белками во внутренней и внешней мембранах, образуя комплекс, известный как CusCBA, который действует как туннель через клеточную стенку. Внутренний белок имеет механизм захвата нарушителя и его выталкивания.

Туннель «скрепляет» внутреннюю и внешнюю мембраны, делая периплазму менее гибкой и нарушая её нормальные функции. Исследователи отмечают, что способность собирать туннель только по мере необходимости, а не иметь его постоянно на месте, даёт клетке преимущество.

Этот механизм защиты от токсичных металлов может также объяснять, как бактерии развивают устойчивость к антибиотикам, мутируя свои защитные белки для их распознавания. Исследователи предположили, что аналогичные механизмы могут быть обнаружены и у других видов бактерий.