Исследователи обнаружили новый класс ферментов у сотен видов бактерий, включая те, которые вызывают заболевания у людей и животных. Открытие дает новое понимание того, как бактерии вторгаются в своих хозяев. Исследование опубликовано на этой неделе в Nature Communications..
Эндрю Докси, профессор биологии в Университете Ватерлоо, возглавил группу, которая обнаружила его в жгутике нового типа - хлыстообразном придатке, расположенном на внешней стороне бактериальной клетки, который приводит ее в движение. Этот новый тип жгутиков способен переваривать белки в среде бактерий. Это открытие обновляет давнее мнение о том, что бактерии используют свои жгутики в основном для движения, и демонстрирует, что жгутики могут также функционировать как ферменты, как это происходит при распространении инфекции.
Докси сделал это открытие с помощью биоинформатики, растущей научной области, которая объединяет биологию и информатику для изучения больших наборов биологических данных, таких как геномы.
«Сейчас для биоинформатики наступило захватывающее время. Нам доступны тысячи геномов, и большинство из них не исследованы. Удивительно, что мы можем открывать новую биологию, используя только компьютер», - сказал Докси, который также назначен в Школу компьютерных наук Черитон в Ватерлоо. «В этом случае мы обнаружили, что многие бактерии перепрофилировали свои жгутики, чтобы они функционировали как ферменты, расщепляющие белок. Существуют тысячи таких ферментов, что делает эту потенциально одну из крупнейших известных ферментных структур».
Бактериальные жгутики представляют собой нити, состоящие примерно из 20 000 белков, которые соединяются друг с другом и образуют структуры длиной около 10 микрометров, что составляет примерно одну десятую ширины человеческого волоса. Хотя они могут различаться структурно, большинство жгутиков помогают в движении, а в некоторых случаях они могут прикреплять бактерии к клеткам-хозяевам. Открытие жгутиков в качестве ферментов означает, что некоторые из них также могут разрушать прочные связи в клетках и тканях.
Мы думаем, что эти ферментативные жгутики могут помочь некоторым бактериям разлагаться и перемещаться в вязких средах. Интересно, что ученые пытались создать жгутики с такой функциональностью раньше, но до сих пор мы не знали, что природа уже сделала это, - сказал Докси, член Центра биоинженерии и биотехнологии в Ватерлоо.
Чтобы проверить, активны ли эти новые ферментативные жгутики, ученые изучили Clostridium haemolyticum, патоген, который очень смертелен для коров и овец, и выделили жгутики. Этот возбудитель имеет многочисленные жгутики на одной клетке. Они обнаружили, что жгутики способны расщеплять белки, содержащиеся в коровьей печени - именно там, где заражает организм.
Исследователи также обнаружили ферменты в бактериях, населяющих кишечник человека. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, играют ли они полезную или вредную роль в организме человека.
Фермент может улучшить понимание того, как этот организм и родственные ему патогены вызывают заболевание. Возможно, существуют способы использования этих ферментов в биотехнологии для разрушения того, что мы хотим разрушить, включая биопленки, липкие колонии вредных бактерий. С ними связано более 80 процентов инфекций.