Впервые удалось увидеть инжектисому грамотрицательных бактерий в действии

Впервые исследователи визуализировали в действии шприцевидную систему секреции III типа (инжектисому) грамотрицательных бактерий. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа Томаса Марловица из Центра структурной системной биологии (CSSB) на кампусе DESY получила новые данные о том, как патогенные бактерии, такие как Salmonella, заражают клетки человека. По словам учёных, визуализация этого процесса на молекулярном уровне углубляет понимание взаимодействий «хозяин–патоген» и способствует разработке новых методов лечения бактериальных инфекций и других заболеваний.

Для заражения человека многие грамотрицательные бактерии, такие как Salmonella или чумная палочка, используют систему секреции III типа (инжектисому). На поверхности каждой бактерии находится несколько выступающих шприцевидных инжектисом. Как следует из названия, их функция — впрыскивать бактериальные белки в клетки человека. Попав внутрь клетки, эти белки поражают клеточные ткани и способствуют распространению инфекции.

Группа Марловица несколько лет изучает молекулярные механизмы игольчатого комплекса инжектисомы. «Игольчатый комплекс — это цилиндрическая структура, представляющая собой наиболее заметную часть инжектисомы, — объясняет Марловиц. — Он обеспечивает беспрепятственный проход бактериальных белков из цитоплазмы бактерии через несколько мембран прямо в клетки человека-хозяина».

Сообщается, что через игольчатый комплекс может проходить до 60 бактериальных белков в секунду. Хотя такая высокая скорость секреции выгодна бактерии, она затрудняет визуализацию и понимание этого ключевого процесса. «Чтобы преодолеть эту проблему, мы с помощью уловки задержали один бактериальный белок внутри игольчатого комплекса», — объясняет Шон Милетич, один из основных авторов исследования. Его коллеге Йиржи Вальду затем удалось с помощью криоэлектронного микроскопа в CSSB получить высокодетальные изображения тонких движений белка внутри комплекса.

Высокодетальные изображения не только дали новое представление о структуре игольчатого комплекса, но и подтвердили ключевую роль его аппарата экспорта (EA), который функционирует как входной портал. «Структурные элементы EA работают вместе как ворота и направляющая: они захватывают и направляют бактериальные белки к кончику иглы», — объясняет Дирк Фаренкамп из исследовательской группы, который на основе изображений построил атомную модель игольчатого комплекса.

Понимание и визуализация молекулярных механизмов, используемых бактериями для вторжения в клетки человека, с атомным разрешением необходимы для разработки новых методов лечения, способных целенаправленно и эффективно бороться с инфекциями. «Хотя эти результаты обогащают наше понимание системы секреции III типа, это исследование также примечательно тем, что оно стало результатом настоящей командной работы, — отмечает Марловиц. — Каждый из четырёх первых авторов статьи внёс свой важный вклад, а совместные усилия крио-ЭМ-лаборатории и поддержка медиа-кухни CSSB были необходимы для успеха этого исследования».