Nature Microbiology: Выяснилось, как именно бактерии поражают клетки

Болезнетворные бактерии рода Salmonella или Yersinia могут использовать крошечные инъекционные аппараты для впрыскивания вредных белков в клетки хозяина, что доставляет дискомфорт инфицированному человеку.

Однако не только с целью борьбы с болезнями исследователи изучают механизм впрыска этих так называемых секреторных систем III типа, также известных как «инъектосомы».

Если бы структура и функции инъектисомы полностью изучили, исследователи смогли бы использовать ее для доставки специфических лекарств в клетки, например, раковые. На самом деле, структура инъектисомы уже выяснена. Однако до сих пор оставалось неясным, как бактерии заряжают свои шприцы, чтобы в нужный момент впрыснуть нужные белки.

Мобильные компоненты инъектисомы ищут белки

Команда ученых под руководством Андреаса Дипольда из Института наземной микробиологии имени Макса Планка в Марбурге и Ульрике Эндефельдер из Боннского университета теперь смогла ответить на этот вопрос: мобильные компоненты инжектисомы прочесывают бактериальную клетку в поисках белков для инъекции, так называемых эффекторов. Когда они встречают эффектор, то доставляют его, как маршрутный автобус, к воротам инъекционной иглы.

То, как белки сортировочной платформы в цитозоле связываются с эффекторами и доставляют груз к экспортным воротам мембраносвязанной инъекционной иглы, можно сравнить с процессами на грузовом терминале, — объясняет Стефан Вимми, первый автор исследования в качестве постдокторанта в лаборатории Андреаса Дипольда.

Мы считаем, что этот челночный механизм помогает сделать инъекцию эффективной и в то же время специфичной — ведь бактерии должны быстро вводить нужные белки, чтобы не быть распознанными и уничтоженными, например, иммунной системой.

Чтобы разобраться в важном механизме загрузки инъектосомы, исследователям пришлось применить новые методики. «Традиционные методы, которые обычно используются для определения того, что белки связываются друг с другом, не помогли ответить на этот вопрос — возможно, потому, что эффекторы связываются лишь на короткое время, а затем сразу же вводятся», — объясняет Андреас Дипольд, руководитель научной группы Института Макса Планка и соруководитель исследования. „Поэтому мы должны были проанализировать это связывание in situ в живых бактериях“.

Для измерения этих переходных взаимодействий мы использовали два новых подхода, которые работают в живых клетках, — мечение близости и отслеживание одиночных частиц, — добавляет Ульрике Эндешфельдер, чья группа работала над исследованием в трех разных местах — Институте Макса Планка в Марбурге, Университете Карноги-Меллон в Питтсбурге, штат Пенсильвания, США, и в Боннском университете.

Метод мечения близости, при котором белок помечает своих ближайших соседей, как кисточка, позволил им показать, что эффекторы бактерии связываются с подвижными компонентами инъектисомы. Более детально это связывание было изучено с помощью трекинга одиночных частиц — метода микроскопии высокого разрешения, позволяющего следить за отдельными белками в клетках. Эти методы, которые команда называет «биохимией in situ», то есть биохимическими исследованиями на месте, позволили совершить прорыв.

В дальнейшем исследователи хотят использовать свой метод для изучения других механизмов, с помощью которых бактерии вызывают инфекции.

Чем больше мы будем знать о том, как бактерии используют эти системы во время инфекции, тем лучше мы сможем понять, как мы можем повлиять на них — будь то предотвращение инфекций или модификация систем, чтобы использовать их в медицине или биотехнологии, — заключает Андреас Дипольд.

03.01.2024