Ученые обеспечивают наиболее четкое представление о неповрежденном бактериальном микрокомпартменте, раскрывая с разрешением на атомном уровне структуру и сборку белковой оболочки органеллы.
Работа, проведенная учеными из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) и Университета штата Мичиган (MSU), будет опубликована в номере журнала Science от 23 июня. Они изучили органоидную оболочку обитающей в океане слизистой бактерии под названием Haliangium ochraceum..
«Это довольно фотогенично», - сказала автор-корреспондент Шерил Керфельд, структурный биолог из лаборатории Беркли, по совместительству профессор Лаборатории исследований растений МГУ и Министерства энергетики США. «Но что более важно, он дает самое первое изображение оболочки неповрежденной мембраны бактериальной органеллы. Полное структурное представление мембраны бактериальной органеллы может помочь получить важную информацию для борьбы с патогенами или биоинженерии бактериальных органелл в полезных целях».
Эти органеллы, или бактериальные микрокомпартменты (BMC), используются некоторыми бактериями для связывания углекислого газа, отметил Керфельд. Понимание того, как устроена мембрана микрокомпартментов, а также того, как она пропускает одни соединения и препятствует другим, может способствовать исследованиям в области улучшения фиксации углерода и, в более широком смысле, биоэнергетики. Этот класс органелл также помогает многим типам патогенных бактерий метаболизировать соединения, недоступные для нормальных, непатогенных микробов, что дает патогенам конкурентное преимущество.
Содержимое этих органелл определяет их специфическую функцию, но общая архитектура белковых мембран BMC принципиально одинакова, отмечают авторы. Оболочка микрокомпартмента обеспечивает избирательно проницаемый барьер, который отделяет реакции внутри нее от остальной части клетки. Это обеспечивает более высокую эффективность многоступенчатых реакций, предотвращает нежелательные помехи и ограничивает токсичные соединения, которые могут образовываться в результате инкапсулированных реакций.
В отличие от основанных на липидах мембран эукариотических клеток, бактериальные микрокомпартменты (BMC) имеют полиэдрические оболочки, состоящие из белков.
«То, что позволяет вещам проходить через мембрану, - это поры», - сказал ведущий автор исследования Маркус Саттер, старший научный сотрудник МГУ и аффилированный научный сотрудник отдела молекулярной биофизики и комплексного биоизображения (MBIB) лаборатории Беркли.«Для мембран на основе липидов существуют мембранные белки, которые переносят молекулы. Для BMC оболочка уже состоит из белков, поэтому белки оболочки BMC не только играют структурную роль, но и несут ответственность за селективный перенос субстрата через мембрану. белковая мембрана."
Предыдущие исследования выявили отдельные компоненты, составляющие оболочку BMC, но визуализация всей органеллы была сложной задачей из-за ее большой массы около 6,5 мегадальтон, что примерно эквивалентно массе 6,5 миллионов атомов водорода. Белковый компартмент такого размера может содержать до 300 белков среднего размера.
Исследователи смогли показать, как пять разных видов белков образуют три разных формы: шестиугольники, пятиугольники и пару шестиугольников, соединенных друг с другом в 20-гранную икосаэдрическую оболочку.
Неповрежденная оболочка и составляющие ее белки были кристаллизованы в лаборатории Беркли, а данные рентгеновской дифракции были собраны в лабораториях Беркли с использованием усовершенствованного источника света и Стэнфордского источника синхротронного излучения, которые используются Управлением науки Министерства энергетики США.
Авторы исследования заявили, что, используя структурные данные из этой статьи, исследователи могут планировать эксперименты для изучения механизмов прохождения молекул через эту белковую мембрану и создавать специальные органеллы для захвата углерода или для производства ценных соединений..