Можем ли мы избавиться от комаров, не загрязняя окружающую среду? Да, можем, говорят исследователи. Токсин BinAB, вырабатываемый бактерией в кристаллической форме, убивает личинки комаров Culex и Anopheles, но не действует на тигровых комаров (или Aedes), переносчиков лихорадки денге и чикунгуньи. Знание молекулярной структуры BinAB необходимо, если мы хотим расширить спектр его действия. Долгое время недоступная, эта структура была опубликована 28 сентября 2016 года в журнале Nature международным консорциумом с участием ученых из Institut de Biologie Structurale (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) во Франции и UCLA, UCR и SLAC в США..
Комары являются переносчиками многочисленных разрушительных заболеваний, в том числе малярии, распространяемой комарами Anopheles, и филяриатоза, передающегося комарами Culex. Токсин BinAB, продуцируемый в форме нанокристаллов бактерией Bacillus sphaericus, специально нацелен на личинок этих двух групп комаров. Сложный пятиэтапный процесс интоксикации (см. вставку ниже) объясняет экологическую безопасность BinAB, который безвреден для других насекомых, ракообразных и человека. Поэтому BinAB используется во многих странах для регулирования численности комаров.
К сожалению, сила BinAB также является его слабостью: токсин не действует на личинок комаров Aedes, которые распространяют вирусы Денге, Зика и чикунгуньи. Модернизация BinAB может позволить расширить ее спектр, но для этого необходимо понять ее структуру. Рентгеновская кристаллография - отличный метод выявления структуры белка, но обычно он применим только к крупным кристаллам размером около десятой доли миллиметра. Тем не менее, нанокристаллы BinAB, развивающиеся in vivo, имеют размеры всего десятитысячных миллиметра, и после растворения токсин не перекристаллизуется.
Международный консорциум ученых во главе с Жаком-Филиппом Коллетье, ученым CNRS из Института структурной биологии (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes), Брайаном Федеричи, профессором Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) и Дэвид Айзенберг, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), только что опубликовал эту структуру, полученную путем работы с природными нанокристаллами.
Столкнувшись с препятствием небольшого размера этих кристаллов, они использовали новый тип источника рентгеновского излучения, лазер на свободных электронах, излучающий ультракороткие, но очень интенсивные импульсы рентгеновского излучения. Поскольку ничего не было известно о структуре BinAB, потребовался чисто экспериментальный подход для определения структуры (фазирование de novo), который ранее применялся только к образцам известных структур, чтобы продемонстрировать его осуществимость.
Таким образом, структура BinAB является не только первой, которая была решена из таких маленьких кристаллов (~ 300 нм), но и первой неизвестной структурой, обнаруженной de novo с помощью лазера на свободных электронах. Это порождает надежду на получение структур из более мелких и сложных природных комплексов, таких как органеллы, составляющие клетки.
Более того, понимание структуры BinAB открывает путь к расширению спектра его действия с целью разработки токсина «три в одном», который может воздействовать на личинок трех видов комаров: Aedes (чтобы, в частности, контролировать распространение вируса Зика), Culex (переносчика филяриатоза) и Anopheles (переносчика малярии).