Российские ученые раскрыли секреты белкового "носа" бактерий
Химики и биологи из МФТИ и стран Европы раскрыли секрет устройства белка, которые микробы используют для передачи информации о состоянии окружающей среды, что позволит создать "вечные" антибиотики, отпугивающие микробов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
"В этой работе мы выяснили, как сигнал из внешней среды может передаваться на сотни ангстрем внутрь бактерий и архей, а также грибов и растений. Когда мы полностью поймем механизмы его передачи, мы сможем в будущем научиться манипулировать такими клетками, и ослаблять или нейтрализовать вредные эффекты патогенных микроорганизмов", — поясняет Иван Гущин из Московского Физтеха в Долгопрудном.
Сложные белковые молекулы состоят из нескольких тысяч аминокислот, чьи цепочки часто бывают закручены в сложную форму благодаря взаимодействиям между отдельными "звеньями" этих пептидных цепей. Пока биологи не до конца раскрыли законы, по которым белки принимают определенную форму, и которые позволяют определять форму молекулы по ее формуле.
Поэтому структуру отдельных белков ученым приходится определять "вручную" – или используя компьютерные симуляции, или же замораживая отдельные молекулы белков при помощи жидкого азота и гелия и "просвечивая" их при помощи сверхмощных рентгеновских лазеров и ускорителей частиц.
Проблема часто заключается в том, что многие белки живут и работают не в "одиночестве", а внутри клеточных мембран или в комбинации с другими белками, взаимодействуя с окружающей средой. Заморозка и "рентген" таких белков – очень сложное и почти невозможное занятие, на реализацию которого часто уходят месяцы, если не годы.
Гущин и его коллеги совершили большой прорыв в понимании работы одной из ключевых систем транспортировки "информации" из внешней среды внутрь клеток, получив рентгеновские фотографии белка NarQ, содержащегося в клеточной стенке кишечной палочки и измеряющего уровень соединений азота в окружающей среде.
Для изучения его структуры российские ученые и их зарубежные коллеги пошли на хитрость – они внесли в структуру NarQ точечную мутацию, которая лишила его возможности захватывать соединения азотистой и азотной кислоты, но при этом не поменяла его структуры. Это позволило химикам увидеть то, как выглядит NarQ в "открытом" состоянии и понять, как он работает, сравнив фотографию замороженной мутантной молекулы NarQ с белком, захватившим ион NO2 или NO3.
Понимание того, как двигаются разные части этого белка во время передачи сигнала, поможет ученым создать вещества, которые будут заставлять болезнетворных микробов думать, что они находятся в исключительно неблагоприятной среде. Это не убьет бактерий, но заставит их впасть в своеобразную "спячку", что сделает их безопасной для организма, и при этом не будет способствовать развитию "супербактерий".
