Новые данные о стратегиях выживания сальмонеллы
Клетки борются с микробными захватчиками, заключая их в мембранные мешочки — враждебную среду, где патогены быстро уничтожаются. Однако патоген Salmonella enterica, который растет и размножается внутри клеток, эволюционировал способы детоксикации таких враждебных отсеков, превращая их в комфортабельный дом для своего выживания и процветания.
Группа ученых под руководством лидера группы EMBL Нассоса Типаса раскрыла новые детали стратегий выживания сальмонеллы. Исследователи проанализировали взаимодействия белков в зараженных сальмонеллой клетках, чтобы определить, какие разнообразные биологические процессы клетки-хозяина использует бактерия. Сальмонелла нацеливается и модифицирует клеточные белковые машинерии и пути, в которых работают вместе несколько белков, с помощью так называемых эффекторных белков, которые она вводит в клетки-хозяева. Известно, что сальмонелла выделяет в зараженные клетки более 30 эффекторных белков для захвата питательных веществ и самозащиты. Однако функции многих из этих белков и то, с какими белками клетки-хозяина они взаимодействуют, в значительной степени неизвестны.
Чтобы найти эти загадочные белковые взаимодействия, ученые EMBL генетически модифицировали 32 штамма сальмонеллы, добавив идентификационные метки к отдельным белкам сальмонеллы — пометив по одному белку в каждом бактериальном штамме. Метки действуют как "ручка", за которую ученые могут "ухватиться" в экспериментах. Этот подход модификации эффекторных белков непосредственно в их хозяине является прорывом. Он позволяет исследователям захватывать бактериальные белки после их секреции в зараженные клетки и извлекать их вместе со всеми связанными с ними белками клетки-хозяина. Затем эти взаимодействующие белки идентифицируются с помощью метода масс-спектрометрии.
«Новый подход имеет много преимуществ по сравнению с предыдущими экспериментальными стратегиями. В частности, он характеризует весь набор взаимодействий белков хозяина и патогена в клетках, зараженных живым патогеном, что близко напоминает то, что происходит в организме хозяина при заражении сальмонеллой», — говорит Джоэл Селкриг, ученый из группы Типаса и один из двух ведущих авторов исследования.
Используя свой новый подход, ученые EMBL идентифицировали 421 ранее неизвестное взаимодействие между белками сальмонеллы и белками клетки-хозяина, а также 25 взаимодействий, описанных ранее.
«Мы обнаружили, что несколько эффекторов сальмонеллы физически взаимодействуют с несколькими белками, которые клетка-хозяин использует для транспорта холестерина. Таким образом, трафик холестерина может быть захвачен для собственных целей сальмонеллы», — говорит Филипп Вальх, недавно защитивший докторскую диссертацию в EMBL в Гейдельберге и разделяющий первенство в авторстве исследования с Джоэлом.
Холестерин является важным компонентом биологических мембран, окружающих наши клетки и структуры внутри них. Сальмонелла использует холестерин для изменения состава мембранных мешочков, которые ее окружают, потенциально делая мембрану более жесткой и усиливая барьер, отделяющий сальмонеллу от систем обнаружения и защиты клетки, присутствующих в цитоплазме клетки-хозяина.
Ученые также нашли новые ключи к пониманию того, как работают две другие стратегии выживания. Одна из них заключается в ремоделировании сети белковых волокон, используемых для транспорта материала внутри клетки. Другая стратегия включает вмешательство в функцию белка клетки-хозяина, который опосредует контакты между мембранами для облегчения обмена липидами и малыми молекулами. Обе стратегии могут помочь сальмонелле укрепить свой защитный мембранный щит и избежать обнаружения системами защиты клетки-хозяина.
Эти результаты следуют за исследованием, опубликованным группой Типаса в 2020 году, в котором ученые описали, как заражение сальмонеллой может привести к воспалительной форме гибели клеток. В текущем исследовании участвовали ученые из EMBL и коллеги из Имперского колледжа Лондона (Великобритания), Центра исследования инфекций Гельмгольца в Брауншвейге (Германия) и лабораторий Роки-Маунтин в Гамильтоне, Монтана (США) — части Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID).