Эволюция эффлюксных насосов может дать важные сведения для борьбы с устойчивостью к антибиотикам
Различные типы белков эффлюксных насосов — ключевых элементов устойчивости грамотрицательных бактерий к антибиотикам — могли эволюционировать независимо, а не от общего предка, как считалось ранее. К такому выводу пришло новое исследование под руководством вычислительного биолога из Университета Канзаса.
Это открытие может иметь решающее значение для будущих исследований, направленных на разработку методов борьбы с устойчивостью таких бактериальных штаммов, как E. coli, Salmonella, Shigella, Meningococcus и других.
Исследователи изучили белки, называемые бета-баррелами, которые находятся на поверхности бактерий. В эффлюксных насосах бета-баррел образует внешнюю часть больших насосов, выталкивающих антибиотики из клетки.
Анализ вариаций в последовательностях этих бета-баррелов показал, что бета-баррелы, участвующие в устойчивости к антибиотикам, не имеют последовательностной связи с другими бета-баррелами и также имеют структурные отличия. Это привело к выводу, что бета-баррелы эффлюксных насосов и другие бета-баррелы, возможно, не дивергировали от общего предка.
Вместо этого давление естественного отбора — посредством конвергентной эволюции — могло заставить бактерии развить оба типа баррельных белков независимо.
Ученым было сложно документировать гомологию внешнемембранных бета-баррелов из-за крайней вариабельности бактериальных последовательностей, из-за которой белки кажутся более разными, и из-за высокой схожести последовательностей, необходимой для нитей бета-баррелов, из-за которой белки кажутся более похожими.
Эволюционный процесс, задокументированный исследователями, поддерживает гипотезу о том, что бета-баррелы в эффлюксных насосах функционируют подобно радужной оболочке глаза, которая расширяется и сжимается.
«Эффлюксные насосы — это те самые насосы, которые мы пытаемся атаковать, чтобы преодолеть устойчивость к антибиотикам», — сказала Джоанна Слуски, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Structure.
В рамках работы исследователи также обнаружили, что аутотранспортеры могут быть лучшими известными моделями для прародительской структуры внешнемембранного бета-баррела, давая биологам подсказки о том, как бета-баррел «сшивался» со временем.