Учените откриват как бактериите „душат“
Разкриват се детайлите на механизма на "обонянието" и "комуникацията" при бактериите. Може би това ще помогне да се намери ключът към решаването на глобалния проблем с антибиотичната резистентност.
- У дома
- Категории
- Колона
- Учените откриват как бактериите „душат“
Изследвания като това са ключови за решаването на глобалния проблем с антибиотичната резистентност, тъй като лекарствата, които влияят на бактериалното обоняние, са обещаващи заместители на съвременните антибиотици. Те не убиват бактериите, а само им дават сигнали да станат безвредни за организма. Тъй като лекарства от този тип не нарушават нормалното функциониране на микроорганизмите, резистентност към тях не може да се развие, за разлика от класическите антибиотици.
Всяка клетка е отделена от околната среда с плътна мембрана, през която практически не преминават химикали. Това му позволява да поддържа условията в себе си постоянни и да функционира правилно. Мембраната обаче силно ограничава обмена на информация с околната среда. За да научи какво се случва навън, клетката използва специални молекулярни машини - протеини. Тези, които са предназначени да комуникират с околната среда, най-често "живеят" точно в мембраната или близо до нея и са отговорни за предаването на сигнали или химикали във или извън клетката.
Най-универсалният механизъм на "възприемане" на околната среда в бактериите са двукомпонентните регулаторни системи. Такава система се състои от два протеина: киназа, която получава сигнал извън клетката и го предава вътре, и регулатор, който получава сигнал от вътрешността на клетката и предизвиква по-нататъшни реакции.
За да разберем работата на протеините, тяхната структура, проектирана с атомна точност, може да бъде добра помощ. Днесповечето протеинови структури (повече от 100 хиляди) са получени чрез кристалография. Същността на този метод е да се наблюдава дифракционната картина от протеинови молекули, подредени в кристална решетка. По този начин обаче е възможно да се получи само структурата на всяко едно състояние на протеина, както е на снимката. Ако успеете да „снимате“ началното и крайното състояние на даден процес, можете да познаете как работи протеинът при превключване между тези състояния.
Авторите на изследването са успели да получат структурата на NarQ киназата от E. coli в две състояния. Киназата "усеща" присъствието на NO 2 - и NO 3 - йони в околната среда и предава сигнал за това през клетъчната мембрана. Проучването установи, че протеинът образува "димер", когато два протеина работят заедно, за да уловят йон. Първото състояние е неактивно, при което протеинът не е свързан с нитратния йон и не предава никакъв сигнал. Второто състояние, напротив, е активно или сигнално: в него киназата информира вътрешността на клетката за наличието на нитрати в околната среда.
Оказа се, че сигналното и неактивното състояние се различават доста на мястото на свързване на нитрата, с 0,5-1 ангстрьом (около една пета от размера на самия йон; 1 ангстрьом - 10 -10 метра). Въпреки това, прикрепването на този йон в средата между две кинази причинява каскада от промени в протеина: първо, трансмембранните спирали на различни мономери се изместват като бутала. Тези "бутала" предават малка промяна от 0,5-1 ангстрьома през мембраната, а външните им краища се раздалечават с около 2,5 ангстрьома в различни посоки. На излизане от мембраната, в HAMP домейна, надлъжните измествания на спиралите се превръщат във въртене на двете части на сензора една спрямо друга. Тези промени в крайна сметка променят позицията на спиралитерегулатор с цели 7 ангстрьома, завършвайки предаването на сигнала.
В допълнение към структурите, в които два протеина образуват двойка - димер, симетричен спрямо централната ос, учените успяха да получат структура с асиметрично положение на два протеина в двойка. В това състояние протеинът е "подреден" по различен начин в кристала и е силно извит. Въпреки това, всички спирали се изместват, така че ефектът върху вътреклетъчната част на протеина остава почти непроменен. Такава универсалност на отвореното движение ни позволява да кажем, че механизмът за предаване на сигнала е универсален и за да "почувстваме" други химични съединения, ще бъде достатъчно да променим само външната част на рецептора, без да променяме "буталния" механизъм.