Алина Ремеева, во время работы над пр...

Алина Ремеева, во время работы над проектом сотрудница Institute of Complex Systems (ICS), ICS-6: Structural Biochemistry, Research Centre Jülich; Валентин Борщевский, с. н. с. Лаборатории перспективных исследований мембранных белков; Петр Константинович Утробин, инженер Исследовательского центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний (слева направо). Фото: Евгений Пелевин, пресс-служба МФТИ.

Международный коллектив исследователей при участии сотрудников Лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ предположил, как именно бактерии обрабатывают сигналы из «внешнего мира», определив структуру белкового комплекса. Изучение детального строения этого комплекса позволяет понять, как микроорганизмам удается очень точно воспринимать условия внешней среды и быстро адаптироваться к ним. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Бактерии чрезвычайно успешно адаптируются к условиям изменяющейся внешней среды. Это приводит к быстрому «выходу из строя» многих антибиотиков — клетка, приспосабливаясь, вырабатывает устойчивость к препарату и уже не погибает от его воздействия, что сказывается на эффективности лечения всевозможных инфекций.

Известно, что восприятие информации о внешнем мире у бактерий часто происходит с помощью двухкомпонентных сигнальных систем, которые представляют собой белковые трансмембранные комплексы (то есть такие, которые находятся в мембране и «торчат» и внутрь и наружу клетки). Определение точной структуры таких комплексов является основой понимания механизма их работы. А зная то, как такая система работает, можно понять, как ее «выключить» — поэтому эти комплексы и являются перспективной мишенью для антибиотиков будущего.

Ученые в своей работе изучали кристаллическую структуру основного и активированного состояния одной из таких мембранных систем — бактериального фоторецептора сенсорного родопсина-2 и его «передатчика». Ученые определили, что, помимо известной ранее V-образной структуры, комплекс может иметь U-образную форму, и объяснили, чем вызвано существование обеих структур.

Рисунок. Две совмещенные структуры комплекса ба...

Рисунок. Две совмещенные структуры комплекса бактериального фоторецептора сенсорного родопсина-2 и его «передатчика» SRII/HtrII (желтым показана U-форма, зеленым — V-форма).

Согласно предложению коллектива, переход от V- (активированное состояние) к U-форме (состояние спокойствия) может быть связан с передачей сигнала от фоторецептора к «передатчику», что не противоречит существующим биологическим данным. Значит, передача сигнала может быть «прервана», если каким-либо препаратом остановить переход от V- к U-форме.

«Результаты исследования имеют практическое применение в борьбе с устойчивостью бактерий, однако важность самого исследования в первую очередь фундаментальная, так как подобные механизмы передачи сигнала могут быть задействованы в тысячах похожих бактериальных рецепторов, отвечающих за различные функции в клетке. Таким образом, можно строить более точные модели работы таких рецепторов», — говорит Валентин Борщевский, старший научный сотрудник Лаборатории перспективных исследований мембранных белков.

Примерами бактериальных рецепторов, в которых важную роль играет изучаемый исследователями комплекс, является аспартатный рецептор (Tar) и сериновый рецептор (Tsr). Первый отвечает за движение бактерий в направлении к питательным веществам (например, аспартату и мальтозе) или в направлении от вредных (никеля и кобальта). Другой рецептор встречается в таких бактериях, как сальмонелла и кишечная палочка; он привлекает бактерии к серину (используется в пищу) и позволяет избегать кислот (обладают губительным действием).