От паразитизма к инструменту: механизм захвата бактерий как передовая генетическая технология

Исследователи раскрыли молекулярный механизм, который используют паразитические бактерии фитоплазмы, известные своей способностью вызывать «зомби-эффект» у растений. Это открывает новые горизонты для применения в биотехнологии и биомедицине.

Команда под руководством профессора Саскии Хогенхаут из Центра Джона Иннеса в сотрудничестве с Лабораторией Сэйнсбери использовала рентгеноструктурный анализ, чтобы раскрыть структуру и механизм работы молекулы SAP05. Она играет ключевую роль, связывая два различных компонента внутри клеток растений.

Это открытие проливает свет на феномен «ведьминых мётел» — аномального разрастания стеблей и листьев, вызванного бактериями фитоплазмами.

Эти бактерии, переносимые насекомыми, вызывают болезни, такие как желтуха астр, значительно снижая урожайность масличного рапса, салата, моркови, винограда, лука и других культур по всему миру.

Ранее та же группа показала, как белок SAP05 манипулирует растениями, захватывая молекулярную машинерию протеасомы. Протеасома разрушает и перерабатывает ненужные клетке белки.

SAP05 перехватывает этот процесс, отправляя белки, регулирующие рост и развитие, в «молекулярный центр утилизации» — 26S протеасому.

Новое исследование фокусируется на структурных деталях этого процесса. SAP05 эффективно нарушает путь молекулярной утилизации, выступая в роли «строительных лесов», которые связывают его две клеточные мишени: фактор транскрипции и протеасому.

Примечательно, что SAP05 связывается таким образом, что позволяет ему «приподнимать крышку мусорного бака», избирательно утилизируя белки развития, но стратегически сохраняя функции, жизненно важные для выживания растения-хозяина.

Профессор Хогенхаут поясняет: «Теперь мы знаем структуру этого комплекса и то, как белок связывается с двумя клеточными компонентами, создавая короткое замыкание. SAP05 вмешивается в работу растения, но не нарушает другие важные процессы. Удивительно видеть эволюцию, кристаллизованную таким образом».

Обычно у растений, как и у всех многоклеточных организмов, этот процесс утилизации белков в протеасоме зависит от молекулы убиквитина.

Создавая короткое замыкание в этом процессе, SAP05 обеспечивает совершенно новый способ выполнения важнейшей задачи деградации белков, который служит паразитическим целям бактерии и полностью независим от убиквитина.

Это открытие представляет интригующие возможности. Исследователей поразила изощрённая изобретательность SAP05 как манипулятора и его перспективы для биотехнологии.

Доктор Цюнь Лю, первый автор статьи, говорит: «Было невероятно exciting увидеть, что у молекулы SAP05 две стороны: одна связывается с фактором транскрипции, а другая — с 26S протеасомой. Это очень умно».

Понимая, как этот бактериальный механизм взаимодействует с клетками на структурном уровне, исследователи теперь могут использовать эти знания для создания молекул, подобных SAP05. Их можно будет перепрофилировать для удаления нежелательных белков, таких как эффекторы патогенов или вирусы, что найдет применение в терапии, исследованиях и сельском хозяйстве.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.