Долго игнорируемые малые белки в E. coli открывают новые грани понимания бактерии

После появления антибиотиков в 1940-х годах учёные были уверены, что находятся на пороге победы над инфекционными болезнями. Однако вскоре возникла лекарственная устойчивость, что стало уроком о сложности бактерий. Сейчас новый урок преподносят долго игнорируемые и малоизученные малые белки, которые повсеместно присутствуют в бактериальной клетке. Эти крошечные молекулы вовлечены в процессы от сборки мембран до передачи сигналов и могут стать мишенями для новых антибактериальных препаратов.

Ключевая группа таких молекул, привлекающая внимание, находится в Escherichia coli и связана с тем, как бактериальная клетка реагирует на потенциально летальные события.

Исследователи из Университета Рутгерса (Нью-Джерси) под руководством доктора Шруджаны С. Ядавэлли обнаружили множество малых белков в E. coli. Особый интерес представляет один из них, названный YoaI. Команда выяснила, что YoaI опосредует «перекрёстные помехи» в двухкомпонентной сигнальной системе по мере усиления стрессового сигналинга на фоне резкого падения уровня магния. Это открытие расширяет известный репертуар стресс-индуцированных малых белков, регулирующих сигнализацию в E. coli.

Исследование опубликовано в Science Signaling и открывает новое окно в понимание белков, долго остававшихся в тени из-за научного фокуса на других компонентах клетки.

• Геном E. coli кодирует как минимум 150 малых белков (определяемых как содержащие менее 50 аминокислот), большинство из которых функционально не охарактеризованы.
• «Мы идентифицировали и охарактеризовали 17 малых белков, индуцируемых в E. coli во время голодания по магнию», — пишут авторы во главе с доктором Сангиваном Веллаппаном.
• Магний критически важен для выживания E. coli. Его истощение угрожает ключевым процессам, таким как синтез ДНК, РНК и белков.
• Исследователи связали несколько из 17 малых белков с чувствительной к магнию двухкомпонентной системой PhoQ-PhoP. Удаление или сверхэкспрессия этих белков нарушало рост E. coli и её способность адаптироваться к низкому содержанию магния.
• Белок YoaI, уровень которого повышался при низком магнии, не был связан с системой PhoQ-PhoP. Вместо этого он активировал другую двухкомпонентную систему, EnvZ-OmpR, которая контролирует реакцию E. coli на другой тип стресса — осмотические колебания.

Значение и перспективы

• Патогенные штаммы E. coli (такие как STEC и UPEC) вызывают опасные для жизни диареи, инфекции мочевыводящих путей и сепсис. Мультирезистентность повысила летальность этих инфекций, которые, по данным исследования 2022 года в The Lancet, связаны с примерно 500 000 смертей в год глобально.
• Новое исследование расширяет знания о малых белках, участвующих в адаптации к стрессу у E. coli, и подчёркивает важность отдельного белка YoaI.
• «Наши результаты позволяют предположить, что эти белки играют более широкую роль в координации стрессовых ответов, отражая взаимосвязанную природу клеточных стрессовых сетей, а не строго компартментализированные пути, реагирующие на конкретные стрессоры», — заключают авторы. Это открывает путь к более глубокому пониманию сигнальных каскадов E. coli и поиску новых мишеней для лекарств.