Расшифровка биосинтеза магнитного сенсора в магниточувствительных бактериях через экспрессию чужеродных белков

Немецко-французская группа исследователей под руководством микробиолога из Байройта Дирка Шулера представила в журнале mBio новые данные о функциональности белков у магниточувствительных бактерий.

Магнитосомы как клеточный компас

Магниточувствительные бактерии содержат внутри клеток частицы из нанокристаллов железного минерала — магнитосомы. Более 20 таких частиц выстраиваются в цепочку. Их магнитные моменты суммируются, и вся цепь, подобно стрелке компаса, выполняет функцию магнитного сенсора, ориентируя клетку в слабом магнитном поле Земли.

Пространственную организацию цепи поддерживают цитоскелетные волокна, основным компонентом которых является белок MamK из семейства актинов. Он присутствует у всех известных видов магнитных бактерий.

Новый метод: экспрессия чужеродных белков в модельном организме

Ранее функции MamK были подробно изучены у бактерии Magnetospirillum gryphiswaldense. Однако оставался открытым вопрос, насколько универсальны эти механизмы для других видов, многие из которых сложно культивировать в лаборатории или изучать генетически.

В новом исследовании учёные применили инновационный подход: они экспрессировали белки, контролирующие образование магнитосом у других видов бактерий, в мутантных штаммах M. gryphiswaldense. Это позволило изучить функции этих чужеродных белков впервые.

Результаты: разнообразие актин-подобных белков

Исследование показало, что все изученные чужеродные актины влияли на формирование цепочек магнитосом. Некоторые из них были способны создавать каркасы для цепей, очень похожие на «оригинальные» в M. gryphiswaldense.

Кроме того, ранее открытый отдалённо родственный актин-подобный белок Mad28 также доказал свою способность поддерживать формирование цитоскелетного каркаса и образование упорядоченных цепей магнитосом.

«Наше исследование ясно показало, что помимо уже хорошо изученного MamK, в эволюционно разнообразной группе магнитных бактерий существуют другие актин-подобные белки, влияющие на производство и позиционирование цепей магнитосом», — объясняет первый автор работ, доктор философии Рам Прасад Авал.

Эволюционные и практические перспективы

С помощью биоинформатических методов команда впервые реконструировала предполагаемую последовательность аминокислот эволюционного белка-предшественника MamK, названного MamK-LUCA. Искусственно созданный белок смог выполнять в M. gryphiswaldense функцию, аналогичную собственному белку этого организма.

«Наши результаты доказывают, что бактерия M. gryphiswaldense очень подходит в качестве модельного организма для расшифровки функций биосинтетических белков магнитосом из других бактерий. Эти открытия могут быть использованы в будущем для биотехнологических и биомедицинских применений магнитосом», — говорит профессор Дирк Шулер.