Новая деталь в стенке: обнаружен промежуточный продукт клеточной стенки бактерий
Исследователи из Университета Умео (Швеция) обнаружили накопление неожиданного промежуточного продукта пути рециклинга пептидогликана, который способен модулировать синтез и структуру клеточной стенки.
Большинство бактерий защищены прочной клеточной стенкой из эластичного полимера — пептидогликана. Он жизненно важен для бактерий и всегда был в центре внимания при разработке антибиотиков. Поиск новых уязвимостей бактериальной клеточной стенки как мишеней для антибиотиков является высшим международным приоритетом в борьбе с патогенными бактериями.
По мере роста бактерий пептидогликан также должен расти. Чтобы встроить новые субъединицы, определенные ферменты должны «разрезать» сеть пептидогликана, в результате чего во внешнюю среду высвобождаются фрагменты — муреиновые пептиды (муропептиды). Во время инфекции организм хозяина может распознавать эти муропептиды как сигналы опасности, вызывающие сильный иммунный ответ. Поэтому, чтобы выжить внутри хозяина, многие виды бактерий разработали механизмы повторного поглощения этих фрагментов — процесс, известный как рециклинг пептидогликана. Однако, несмотря на его неоспоримую пользу в маскировке от иммунной системы хозяина, рециклинг происходит не только во время инфекции, и его истинное биологическое значение долгое время оставалось загадкой для микробиологов.
Исследовательская группа Фелипе Кавы из MIMS изучила генетику и физиологию пути рециклинга пептидогликана на примере возбудителя холеры — Vibrio cholerae. Исследование проводилось в сотрудничестве с Тобиасом Дёрром (Корнеллский университет, США) и Мэтью К. Вальдором (Гарвардская медицинская школа, США). Результаты опубликованы в журнале Cell Reports 28 апреля.
Ученые обнаружили ранее незамеченную связь между рециклингом и синтезом пептидогликана, которая способствует оптимальной сборке и составу клеточной стенки.
Путь рециклинга пептидогликана широко распространен среди бактерий, но этот процесс не является строго необходимым, и его биологическая важность была плохо изучена.
«Наша лаборатория обнаружила, что накопление неожиданного промежуточного продукта пути рециклинга пептидогликана способно модулировать синтез и структуру клеточной стенки. Таким образом, наша работа дает новое представление о взаимосвязи между путями рециклинга и de novo биосинтеза пептидогликана», — пояснил руководитель исследования Фелипе Кава.
Рециклинг пептидогликана осуществляется последовательностью ферментативных шагов, на которых повторно поглощенные муропептиды расщепляются на более мелкие части. Критический шаг в этом процессе выполняют L,D-карбоксипептидазы — специфические ферменты, удаляющие терминальную D-аминокислоту муропептидов. Лаборатория Кавы обнаружила, что эти ферменты представляют собой «контрольную точку» между рециклингом и синтезом пептидогликана.
«Несколько лет назад наша лаборатория вместе с коллегами обнаружила, что в условиях стресса V. cholerae способна производить набор необычных аминокислот (называемых неканоническими D-аминокислотами), например, D-метионин. В этом исследовании мы обнаружили, что муропептиды, модифицированные этими неканоническими D-аминокислотами, плохо подвергаются рециклингу L,D-карбоксипептидазами. Это вызывает накопление промежуточных продуктов, которые играют непредвиденную роль в регуляции синтеза и архитектуры клеточной стенки», — объясняет постдокторант Сара Эрнандес, проводившая исследование.
Помимо роли в регуляции синтеза и структуры клеточной стенки, известно, что внеклеточные фрагменты пептидогликана являются важными сигналами во врожденном иммунитете, развитии органов и поведении.
«Хотя большая часть фрагментов пептидогликана возвращается для рециклинга, при определенных условиях бактерии могут высвобождать их в окружающую среду. Важно будет выяснить, передают ли фрагменты пептидогликана, модифицированные неканоническими D-аминокислотами, иную информацию в межцарственной сигнализации по сравнению с фрагментами с каноническим химическим составом», — пояснил Фелипе Кава.
«Более того, в микробной экологии наши данные позволяют предположить, что высвобождение модифицированных муропептидов в окружающую среду может опосредовать межвидовую кросс-регуляцию через пептидогликан. Приведет ли эта регуляция к кооперативному или конкурентному поведению — вопрос для будущих исследований», — заключает Фелипе Кава.