Многие бактерии взаимодействуют с окружающей средой через структуры, похожие на волосы, известные как пили, которые, среди прочего, прикрепляются к организмам-хозяевам и помогают опосредовать их инфицирование. Теперь U.S.-Группа японских исследователей, включая ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США, обнаружила, что определенные бактерии, распространенные в кишечнике и ротовой полости человека, собирают свои пили ранее неизвестным образом — информация, которая потенциально может открыть новые способы борьбы с инфекцией.
Бактерии принадлежат к классу Bacteroidia, отношения которых с людьми лучше всего описать как взаимное «отдавание и принятие»: мы зависим от них в производстве продуктов питания, и они зависят от нас как от источника пищи. Нарушение этого хрупкого баланса может иметь серьезные последствия, начиная от заболевания десен и заканчивая воспалительным заболеванием кишечника и раком.
«Пили также могут быть ключевыми факторами вирулентности этих бактерий», — говорит Ян Уилсон, преподаватель Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя и главный исследователь Объединенного центра структурной геномики (JCSG). «Если мы сможем разработать небольшие молекулы, которые связываются с пилями и нарушают функцию бактерий, мы потенциально могли бы разработать терапевтические средства, которые нейтрализуют их вредное воздействие."
Новое исследование, опубликованное 7 апреля в Cell, дает представление о том, как образуются пили в классе Bacteroidia, что является важным шагом на пути к разработке медицинских вмешательств.
Ученые уже знали, что пили состоят из отдельных строительных блоков белка, или пилинов, уложенных друг на друга.
Пили растут, добавляя все больше и больше пилинов к удлиненной структуре, пока их рост не прекратится за счет закрепления их на поверхности микроба.
Однако, хотя молекулярные детали образования пилей были широко изучены у различных микроорганизмов, они не были известны для Bacteroidia.
Когда группа JCSG проанализировала данные проекта микробиома человека, который содержит генетическую информацию о бактериях, населяющих человеческое тело, они обнаружили, что генетические инструкции для создания пилинов Bacteroidia сильно отличаются от инструкций для других бактериальных пилинов. Означает ли это, что полученные пили тоже были разными??
Чтобы выяснить это, Уилсон и его коллеги-исследователи использовали мощные рентгеновские лучи для изучения атомных структур 20 различных пилинов Bacteroidia в экспериментах, которые в основном проводились в Стэнфордском источнике синхротронного излучения (SSRL) SLAC, учреждении для пользователей научных исследований Министерства энергетики США. Эти структуры, наряду с биохимическими исследованиями лаборатории Кодзи Накаямы в Нагасаки, Япония, подтвердили, что пилины Bacteroidia действительно образуют пили нового типа.
«Самым поразительным открытием было то, что пилины Bacteroidia имеют отличительные особенности, не наблюдаемые у других пилинов», — говорит ведущий автор исследования Цинпин Сюй, бывший научный сотрудник SSRL и JCSG. «У Bacteroidia образование пилей требует дополнительных шагов, которые включают конструирование каждого пилина в белковой цепи, например, путем отсечения частей белка, чтобы позволить произойти удлинению и сборке."
Исследование, которое предполагает, что недавно открытый механизм сборки пилей широко распространен у кишечных бактерий, может рассказать исследователям больше о том, как микробы взаимодействуют со своими хозяевами в кишечнике. В конечном итоге эти данные могут также помочь при разработке лекарств, нацеленных на пили, чтобы предотвратить заболевание.