Как гормоны стресса направляют бактерии в организме хозяина
Катехоламины, такие как адреналин, норадреналин и дофамин, являются распространёнными гормонами стресса у людей и животных. Стресс может повышать восприимчивость организма к бактериальным инфекциям. В лабораторных условиях гормоны стресса стимулируют рост различных патогенов, что ранее наблюдалось у Salmonella enterica серовара Typhimurium, кишечной палочки Escherichia coli и возбудителя холеры Vibrio cholerae. Кроме того, адреналин и норадреналин облегчают бактериям инфицирование клеток организма и влияют на биосинтез факторов вирулентности, которые позволяют патогенам прикрепляться к клеткам, проникать в них и разрушать.
«Мы предположили, что некоторые бактерии используют такие гормоны как сигналы для распознавания среды эукариотического хозяина, но молекулярная основа этого была неизвестна», — говорит микробиолог LMU профессор Кирстен Юнг. Вместе с профессором Штефаном А. Зибером из Технического университета Мюнхена (TUM) и другими исследователями она идентифицировала сайт связывания адреналина и его производного фенилэфрина у бактерии Vibrio campbellii. Как сообщает команда в PNAS, мишенью обоих молекул является белок CheW. «Биологическое значение механизма в том, что бактерии распознают, например, что они больше не в морской воде, а в кишечнике хозяина», — объясняет Юнг.
Исследования с модельным организмом V. campbellii
Эксперименты состояли из нескольких этапов. Зибер разработал метод химической модификации адреналина и фенилэфрина, позволяющий напрямую выделять комплексы катехоламинов со связанными бактериальными белками. Группа Юнга подтвердила, что модифицированные соединения сохраняют биологические характеристики исходных молекул. Для исключения эффектов, связанных с улучшением снабжения бактерий железом (адреналин связывает железо, а фенилэфрин — нет), исследователи работали с обоими соединениями.
К Vibrio campbellii (морская бактерия, инфицирующая рыб, креветок, кальмаров и других беспозвоночных) добавляли модифицированные катехоламины, затем клетки лизировали и из лизата выделяли все белки, связавшие молекулы. Протеомный анализ показал значительное обогащение растворимого хемотаксического белка CheW.
Последующее выделение и очистка белка CheW из бактерий и измерение его аффинности связывания с катехоламинами принесли неожиданный результат: гормоны связываются не с самими хеморецепторами, как изначально предполагалось, а со связывающим белком CheW, который расположен между рецепторами и каскадом передачи сигнала. Вся эта система восприятия стимула контролирует движение бактерии в химическом градиенте.
«Наше исследование даёт новое понимание коммуникации бактерий с их хозяином, — резюмирует Юнг. — Мы показали, что плавательное поведение бактерий модифицируется гормонами хозяина через контроль со стороны CheW». Подвижность, особенно направленная, критически важна для колонизации хозяина, так как позволяет бактериям целенаправленно заселять организм и осваивать все ниши. Следующим шагом Юнг планирует выяснить, обнаруживается ли тот же механизм у других бактерий.