Помечая клеточные белки флуоресцентными маяками, исследователи из Корнелла выяснили, как бактерии кишечной палочки защищаются от антибиотиков и других ядов. Вероятно, это плохие новости для бактерий.
Когда появляются нежелательные молекулы, бактериальная клетка открывает туннель через свою клеточную стенку и «выталкивает», или откачивает, злоумышленников.
«Динамическая сборка этих туннелей уже давно была выдвинута гипотезой», - сказал Пэн Чен, профессор химии и химической биологии. «Теперь мы их видим».
Выводы могут привести к поиску способов борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями с помощью «коктейля» из лекарств, предполагает он: «Один из них - ингибировать сборку туннеля, второй - убить бактерии».
Чтобы изучить защитный процесс бактерий, Чен и его коллеги из Корнелла выбрали штамм E. coli, который, как известно, выделяет атомы меди, которые в противном случае отравили бы бактерии. Исследователи создали его с помощью генной инженерии, добавив к ДНК, кодирующей защитный белок, дополнительную последовательность ДНК, кодирующую флуоресцентную молекулу.
Под мощным микроскопом они подвергали бактериальную клетку воздействию среды, содержащей атомы меди, и периодически воздействовали на клетку инфракрасным лазером, чтобы вызвать флуоресценцию. После мигающих огней у них был «кинофильм», показывающий, где меченый белок перемещается в клетке. Затем они генетически модифицировали различные белки, чтобы включать и выключать их способность связывать металлы, и наблюдали за эффектами.
Об их исследовании было сообщено в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю от 12 июня. Исследователи Корнелла также сотрудничали с учеными из Университета Хьюстона, Университета Аризоны и Университета США. Калифорния, Лос-Анджелес.
Ключевой белок, известный как CusB, находится в периплазме, пространстве между внутренней и внешней мембранами, из которых состоит клеточная стенка бактерий. Когда CusB связывается с чужаком - в этом эксперименте атомом меди - который прошел через пористую внешнюю мембрану, он меняет свою форму, так что он прикрепляется между двумя родственными белками во внутренней и внешней мембранах, образуя комплекс, известный как CusCBA, который действует как туннель через клеточную стенку. Внутренний белок имеет механизм захвата злоумышленника и его проталкивания.
Туннель соединяет внутреннюю и внешнюю мембраны вместе, делая периплазму менее гибкой и препятствуя ее нормальным функциям. Исследователи отмечают, что способность собирать туннель только тогда, когда это необходимо, а не держать его постоянно на месте, дает клетке преимущество.
Этот механизм защиты от токсичных металлов может также объяснить, как бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам, мутируя их защитные белки, чтобы распознавать их. Исследователи предположили, что подобные механизмы могут быть обнаружены и у других видов бактерий.