Решена загадка эффективности грамотрицательных бактерий

Грамотрицательные бактерии, или "супербактерии", вызывают глобальный кризис в здравоохранении. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), ежегодно в США не менее двух миллионов человек заражаются устойчивой к антибиотикам инфекцией, и 23 000 из них умирают.

Одним из способов борьбы с кризисом является поиск новых путей обхода мощной системы защиты грамотрицательных бактерий. Лаборатория Дэниела Кана, профессора химии и химической биологии, посвятила себя изучению их работы. За последнее десятилетие команда обнаружила ключевой механизм, который строит главную защиту бактерии — внешнюю мембрану из прочной молекулы липополисахарида (LPS).

"Поскольку для некоторых грамотрицательных инфекций нет антибиотиков, понимание того, как собирается внешняя мембрана и как этому помешать, имеет огромное медицинское значение", — говорит Кан.

Строительство мембраны — сложный процесс. Массивная молекула LPS создается в цитоплазме бактерии, которая отделена от внешней мембраны двумя барьерами. В цитоплазме молекула ATP обеспечивает энергию для производства и перемещения строительных блоков LPS. Однако ATP не может пересечь мембранные барьеры, чтобы доставить LPS к месту назначения.

Аспирант Тристан Оуэнс решил разгадать эту загадку, над которой ученые бились с начала 1970-х годов. Ему предстояло ответить на два ключевых вопроса:

1. Если ATP не может протолкнуть LPS через мембраны, что обеспечивает её движение?
2. Как бактериальная машинерия отличает LPS от других молекул в цитоплазме и загружает её на "мост"?

"В 1970-х годах было подсчитано, что для построения внешней мембраны необходимо перемещать около трех миллионов молекул LPS каждые пять минут на клетку", — отмечает Кан. Машинерия должна была быть чрезвычайно эффективной.

Шесть лет спустя, в статье, опубликованной в Nature, Оуэнс представил решение. Он идентифицировал две кристаллические структуры, ответственные за извлечение LPS из цитоплазмы и перемещение молекулы на белковый мост. Ранее предполагалось, что LPS попадает на мост несколькими путями, но работа Оуэнса показала, что ATP перемещает молекулу только по одному пути.

Также было обнаружено, как LPS продолжает движение по мосту без помощи ATP. Подобно автомату Pez, белковый мост открывает и закрывает "ворота", которые обеспечивают движение LPS в сторону внешней мембраны и предотвращают обратный поток.

"Затвор объясняет однонаправленный транспорт, потому что его закрытие предотвращает обратный поток", — говорит Кан.

Чем больше ученые узнают о сборке внешней мембраны грамотрицательных бактерий, тем ближе они к тому, чтобы разрушить их мощную защиту. Теперь, с решением этой многолетней загадки, исследователи могут начать разработку новых препаратов, которые замедлят эффективность бактерий, выведут из строя их механизмы и снова сделают их уязвимыми для наших антибиотиков.