Новое семейство ферментов может пролить свет на патогенность бактерий
Грам-отрицательные бактерии вызывают инфекционные заболевания у растений и животных. Вспышки инфекций Salmonella и E. coli часто попадают в заголовки из-за своей тяжести, что увеличивает нагрузку на систему здравоохранения.
Растущая устойчивость бактерий к антибиотикам заставляет исследователей искать новые методы лечения, в том числе нацеленные на молекулярные процессы патогенности.
Эти бактерии производят осморегулируемые периплазматические глюканы (OPG) — длинноцепочечные углеводы из множества единиц глюкозы. Ранее считалось, что OPG — побочные продукты, но теперь известно, что они критически важны для патогенности, симбиоза, адгезии клеток и сигналинга.
Однако ферменты, участвующие в синтезе, регуляции и деградации OPG, изучены не полностью. Генетический анализ показал, что удаление генов opgH и/или opgG, частично ответственных за синтез OPG, лишает бактерии способности к заражению, что указывает на связь этих генов с патогенностью.
Хотя структура OpgG из E. coli (EcOpgG) была определена, механизм действия OpgG и OpgD из E. coli (EcOpgG и EcOpgD соответственно) оставался неясным. Понимание этих ферментов могло бы дать ключевые сведения о патогенности грам-отрицательных бактерий.
Чтобы восполнить этот пробел, группа учёных из Токийского университета науки, Национального института AIST и Университета Ниигаты провела структурный и функциональный анализ EcOpgD и EcOpgG. Исследование опубликовано в Communications Biology.
Функциональный и структурный анализ
Функциональный анализ показал, что EcOpgD является эндо-β-1,2-глюканазой, которая специфически расщепляет β-1,2-глюканы. Его кинетические свойства были схожи со свойствами общих гликозидгидролаз (GH), что подтвердило его идентичность как β-1,2-глюканазы.
Кристаллографический структурный анализ выявил высокую степень сходства между структурами EcOpgG и EcOpgD, но при этом их активность была разной. Оказалось, что несколько аминокислот, формирующих реакционный путь под названием «Петля А», были критически важны для активности фермента и регулировали скорость реакции.
Различия в каталитических функциях EcOpgG и EcOpgD, вероятно, обусловлены разницей в аминокислотах в регионе Петли А. Эта область разнообразна среди ферментов данной группы, что может приводить к функциональному разнообразию. Однако основа каталитического центра у них общая, что может помочь в разработке терапий, нарушающих синтез OPG.
Новое семейство ферментов
Несмотря на принадлежность к одному семейству GH, структура этих ферментов не соответствовала ни одной из известных GH. Авторы подтвердили, что они относятся к новому семейству GH, а именно GH186. Эта информация открывает пути для исследований терапий, нацеленных на белки GH186, чтобы остановить развитие бактериальных инфекций.
Перспективы применения
Хотя было известно, что некоторые грам-отрицательные фитопатогены синтезируют OPG для патогенности, большинство ключевых ферментов их синтеза не были идентифицированы, что мешало разработке агрохимикатов, нацеленных на OPG.
«Мы идентифицировали семейство ферментов (GH186), участвующих в прямом синтезе OPG, и выяснили их детальные функции. Это предоставило нам новые мишени (GH186) для ингибирования патогенов и заложило прочную основу для "открытия пестицидов на основе структуры"», — поясняет профессор Масахиро Накадзима.
Результаты этого исследования закладывают прочную основу для дальнейшего изучения OPG и связанных с ними генов и могут открыть новую эру в борьбе с болезнями.