Открытие молекулы гистидин-АДФ-рибозы раскрывает новую бактериальную иммунную стратегию
Исследовательская группа обнаружила ранее неизвестный тип иммунной сигнальной молекулы — новое соединение, сочетающее гистидин и АДФ-рибозу. Его производит бактериальная защитная система Thoeris II в ответ на вирусную инфекцию. Это открытие расширяет понимание бактериального иммунитета и может проложить путь к инновационным инструментам в биотехнологии, редактировании генов и антимикробной терапии.
Статья «TIR-домены производят гистидин-АДФР в качестве иммунного сигнала у бактерий» опубликована в журнале Nature. В команду входят учёные из Центра наук о жизни Вильнюсского университета (VU LSC), а также коллеги из Института науки Вейцмана (Израиль) и Гарвардской медицинской школы.
Открытие проливает свет на то, как бактерии, подобно людям, сообщают о вирусной угрозе на молекулярном уровне — в данном случае, запуская реакцию самопожертвования, чтобы остановить распространение вируса и защитить бактериальную популяцию. Помимо фундаментальной значимости, это открывает новые пути для переосмысления иммунных механизмов и взаимодействий вируса и хозяина.
Эта вновь идентифицированная молекула примечательна своей уникальной структурой, связывающей два биологически важных компонента: гистидин (аминокислоту, используемую для построения белков) и аденозиновый нуклеотид (строительный блок РНК). До сих пор все известные сигнальные молекулы состояли исключительно из нуклеотидов. Это открытие значительно расширяет научное понимание разнообразия иммунных сигнальных механизмов в природе.
Как и люди, животные и растения, бактерии постоянно находятся под угрозой со стороны вирусов. В ходе эволюции они разработали широкий спектр защитных систем, некоторые из которых послужили эволюционными предшественниками компонентов иммунной системы высших организмов. Интерес к бактериальным антивирусным системам резко возрос после осознания их применения в генной инженерии. Знаковые примеры, такие как системы рестрикции-модификации и CRISPR-Cas «молекулярные ножницы», были даже отмечены Нобелевскими премиями.
На сегодня учёные идентифицировали более 250 различных антивирусных защитных систем у бактерий. После предыдущей работы исследователей Вильнюсского университета, показавшей, что малые молекулы могут служить сигналами инфекции в таких системах, внимание было обращено на изучение разнообразия этих сигнальных механизмов.
В новом исследовании группа доктора Тамулайтине детально изучила систему Thoeris II, состоящую из сенсорного белка (TIR), который обнаруживает вирусы, и трансмембранного эффекторного белка (Macro), который получает сигнал и запускает ответ. При обнаружении вирусной инфекции сенсор TIR синтезирует уникальный сигнал — малую молекулу His-ADPR.
«Это "сообщение" — сигнальная молекула — распознаётся эффектором системы, белком Macro, который встроен в бактериальную клеточную мембрану», — объясняет доктор Тамулайтине.
«Получив сигнал, белки Macro начинают собираться вместе, повреждая клеточную мембрану. Таким образом, заражённая бактерия жертвует собой до того, как вирус сможет реплицироваться, позволяя соседним бактериям выжить и сохранить популяцию».
С помощью рентгеновской кристаллографии команда VU LSC определила структуру эффекторного белка, связанного с новой сигнальной молекулой.
Тем временем команда Института Вейцмана подтвердила, что эта молекула действительно синтезируется в бактериях при вирусной инфекции. Исследователи из Гарвардской медицинской школы раскрыли структуру вирусного белка-«губки» antiThoeris — контрмеры, которую вирус использует для уклонения от защитной системы, — с His-ADPR внутри.