Токсичная инъекция с резиновой лентой

Бактерии разработали множество способов проникновения их токсичного груза в клетки. Особенно необычны трипартитные токсичные комплексы Tc, которые используют такие бактерии, как возбудитель чумы Yersinia pestis и насекомопатогенная Photorhabdus luminescens. Стефан Раунсер из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде и его коллеги из Фрайбургского университета получили чрезвычайно точные и детальные изображения этих "токсичных инъекций". Они показывают, откуда молекулярные комплексы берут энергию для проникновения через клеточную мембрану. Эти белки имеют потенциал для применения в медицине и могли бы, например, избирательно доставлять лекарства в раковые клетки.

Photorhabdus luminescens живет в симбиозе с хищными нематодами. Бактерия ждет в кишечнике червя, пока тот не атакует насекомое — в этот момент бактерия вступает в игру, высвобождая Tc-комплексы, которые быстро убивают насекомое. Затем нематода и бактерия живут вместе в трупе, прежде чем перейти к следующей жертве.

"До сих пор мы мало что знали о структуре Tc-комплексов, — говорит Стефан Раунсер. — У нас был лишь грубый контур. Теперь у нас есть изображения, которые даже позволяют различать отдельные атомы!" С помощью рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии исследователи смогли получить детальные изображения. "Вероятно, нет другой структуры белкового канала, в которой можно было бы фактически увидеть белок в самом канале", — говорит Раунсер.

Tc-комплексы состоят из трех субъединиц: TcA, TcB и TcC. TcA формирует канал, который, подобно инъекции, проникает через клеточную мембрану и доставляет токсичный фермент в клетку. Однако откуда берется энергия для этого, ранее было неизвестно.

"У TcA есть белковая цепь из 48 аминокислот, и она растянута, как резиновая лента или пружина, — объясняет Раунсер. — Если лента или пружина сжимается, высвобождается энергия, которая проталкивает канал через мембрану". Этот механизм отличает Tc-комплексы от всех других известных поробразующих инъекционных белков, например, у бактерий дифтерии и сибирской язвы.

Кроме того, субъединица TcA отвечает за связывание комплекса с клеткой-хозяином; для этого она может использовать 20 рецептор-связывающих доменов. "Мы полагаем, что четыре таких домена всегда окружают один рецептор, тем самым увеличивая силу связывания", — поясняет Раунсер.

Эти рецептор-связывающие домены можно легко удалить или заменить на другие. "Это означает, что Tc-комплексы можно направить к специфическим клеткам, например, раковым или другим клеткам в организме". Достигнув этих клеток, Tc-комплексы могут ввести в них терапевтически эффективные молекулы. Насекомопатогенные Tc-комплексы также могут быть использованы в качестве пестицидов в сельском хозяйстве.