Пневмония, возникающая в результате воздействия легионеллы, хотя и встречается редко и затрагивает только 1 из 100 000 человек в Европе, имеет уровень смертности выше 10%. Патогенная бактерия Legionella pneumophila содержит более 300 токсинов, которые она использует для заражения человека. После вдыхания аэрозолей, содержащих бактерии, легионелла попадает в легкие, где начинает заражать клетки человека, вызывая пневмонию.
Токсины Legionella особенно нацелены на врожденные иммунные пути, способствующие выживанию бактерий внутри клеток человека и позволяющие размножаться бактериям. Из-за большого количества токсинов трудно увидеть влияние удаления одного или нескольких из этих токсинов на возможности заражения легионеллой. Это еще более осложняется тем фактом, что внутри бактерий существует несколько токсинов со схожими функциями. Это затрудняет борьбу с легионеллой с помощью конкретных препаратов.
Сосредоточьтесь на токсине SidJ
Исследователи из EMBL Grenoble и Университета Гёте во Франкфурте подробно изучили токсин SidJ. Это важный токсичный белок легионеллы, который вводится в цитоплазму человека и обеспечивает успешное заражение и размножение бактерий. В отличие от других токсинов Legionella, удаление только SidJ приводит к значительному нарушению роста бактерий в клетках человека. Это делает SidJ одним из наиболее важных токсинов Legionella и привлекательной мишенью для сдерживания инфекции Legionella.
Хотя SidJ изучается в полевых условиях уже более десяти лет, его точная функция до сегодняшнего дня оставалась неизвестной.«SidJ не имеет сходства последовательностей ни с одним из белков с известной функцией. Нам пришлось прибегнуть к стандартным биохимическим методам и масс-спектрометрии, чтобы определить его функцию», - объясняет Бхогараджу. «Несмотря на то, что разработка его механизма оказалась сложной, это также было очень увлекательно!»
В частности, отсутствие подробного молекулярного исследования токсина помешало разработке лекарств, которые могут воздействовать на SidJ. Работа междисциплинарных ученых групп Bhogaraju и Dikic теперь подробно описывает молекулярную функцию этого белка, разъясняет его важность для инфекции Legionella и обеспечивает идентичность человеческих белков, на которые нацелен SidJ.
Токсин на работе
Группа показала, что SidJ обладает активностью глутамилирования белка: он присоединяет глутамат аминокислоты к белку-мишени в качестве посттрансляционной модификации. «Этот вид активности является первым для бактериальных белков», - говорит Иван Дикич, директор Института биохимии II в Университете Гёте. SidJ глутамилирует многие белки человека, которые участвуют в борьбе с микробными инфекциями и врожденным иммунитетом. Для этого SidJ взаимодействует с человеческим белком кальмодулином - высококонсервативным многофункциональным промежуточным белком-мессенджером, связывающим кальций. «Легионелла умело эволюционировала, чтобы использовать кальмодулин для активации активности SidJ и в результате предотвратить активацию SidJ до того, как произойдет заражение в организме человека», - говорит Дикич.
Криогенная электронная микроскопия структуры SidJ, взаимодействующего с человеческим кальмодулином, также показала, что токсин имеет укладку киназного домена. «Это и интересная, и важная находка, поскольку киназная складка поддается воздействию наркотиков», - говорит Майкл Адамс, аспирант группы Бхогараджу.
Начало долгого пути к терапевтическому использованию
Результаты исследования положат начало многим исследованиям в будущем, дополнительно анализируя механизм опосредованного SidJ глутамилирования. Важно отметить, что поскольку исследователи обнаружили, что SidJ имеет киназную складку, это открытие положит начало поиску молекулы лекарственного средства с потенциальными терапевтическими эффектами.
Хотя наша работа не имеет прямого фармацевтического применения, наши результаты по структурным и функциональным характеристикам одного из наиболее важных токсинов легионеллы приведут к будущим исследованиям, направленным на использование этого белка в терапевтических целях, - говорит Сагар Бхогараджу.