Основной, кислый, снова щелочной: для патогенных бактерий, таких как сальмонелла, пищеварительный тракт человека - это море перемен. Так как же бактериям удается реагировать на эти изменения? Группа исследователей из Института наземной микробиологии им. Макса Планка в Марбурге под руководством Андреаса Дипольда предложила возможное объяснение: патогенные бактерии могут менять компоненты своего инъекционного аппарата на лету - подобно смене шин на движущемся автомобиле - чтобы обеспечить быстрый ответ.
Некоторые из самых известных патогенов человека - от бактерии чумы Yersinia pestis до возбудителя диареи Salmonella - используют крошечную иглу для подкожных инъекций для введения болезнетворных белков в клетки своего хозяина, тем самым манипулируя ими. Эта игла является частью так называемой системы секреции типа III (T3SS), без которой большинство этих патогенов не могут размножаться в организме.
Только недавно было обнаружено, что большие части T3SS не привязаны прочно к основной части системы, а постоянно заменяются во время работы. Однако значение этого явления оставалось неясным. Исследователи из лаборатории Андреаса Дипольда в Институте наземной микробиологии им. Макса Планка обнаружили, что такое динамическое поведение позволяет бактериям быстро адаптировать структуру и функции инъекционного аппарата к внешним условиям.
Пищеварительная система: кардинальные перемены для бактерий
Пищеварение человека начинается с нейтральной или слабощелочной среды во рту и пищеводе, которая при добавлении желудочной кислоты внезапно меняется на сильнокислую среду в желудке - среда, в которой многие патогены не выживают. Фактической мишенью Yersinia enterocolitica, патогенных бактерий, исследованных в исследовании, является кишечник. Здесь восстанавливаются pH-нейтральные условия.
Но как бактериям удается так быстро приспосабливаться к изменяющимся условиям и как это контролируется? Аспирант Стефан Вимми, первый автор исследования, смог продемонстрировать, что белок в бактериальной мембране действует как датчик значения pH. В сотрудничестве с лабораторией Ульрике Эндесфельдер в Институте Макса Планка он обнаружил, что этот белок становится более подвижным при низком (=кислом) pH и, таким образом, передает сигнал компонентам T3SS внутри бактерии.
Гибкость предотвращает осечки
В кислой среде, такой как желудок, подвижные компоненты не связываются с остальными частями аппарата (включая саму иглу), поэтому инъекционная система остается неактивной. Как только бактерии попадают в pH-нейтральную среду, как это происходит в кишечнике, происходит повторная сборка динамических белков, так что T3SS может быстро стать активным в этих местах, к возможному беспокойству инфицированного человека.
Исследователи предполагают, что недавно обнаруженный эффект может позволить бактериям предотвратить потребляющую энергию «осечку» системы секреции в неправильной среде, которая может даже активировать иммунный ответ хозяина. С другой стороны, подвижность и динамичность структуры позволяют системе быстро собираться и активироваться при соответствующих условиях.
Мобильность и обмен белков все чаще обнаруживаются в комплексах и наномашинах во всех областях жизни; однако полезность этой динамики в основном не понимается. Новые результаты из Марбурга показывают, как белковый обмен позволяет гибко реагировать на внешние обстоятельства - огромное преимущество не только для бактерий.