Одна из старейших наномашин в биологии – жгутик бактерий. Этот аппарат необходим с эволюционной точки зрения, он наделяет бактерии способностью двигаться. Жгутик имеет большое сходство с другой бактериальной структурой, инъектисомой, которая, как следует из названия, является тем, как некоторые бактерии доставляют свое содержимое для заражения хозяина.
Новое исследование, проведенное учеными из Университета Осаки, показывает, как определенная структура в жгутике и инъектисоме, комплексе экспортных ворот, динамически собирается и как предотвращение этой сборки может сделать бактерии безвредными. Исследование можно увидеть в PLOS Biology.
Доцент Тору Минамино из Высшей школы пограничных биологических наук много лет изучает комплекс экспортных ворот с помощью электронной микроскопии. Его интерес к этому комплексу в основном связан с разработкой новых наномашин, но он понял, что те же исследования могут иметь медицинские последствия.
"Есть много структурных и функциональных сходств между белками жгутика и инъекциями. Они могут стать хорошими мишенями для подавления бактериальной инфекции », – сказал он.
Экспортный комплекс Salmonella flagellum состоит из пяти трансмембранных белков. Они будут собираться последовательно, чтобы сформировать ворота экспорта, начиная с белка FliP.
Считается, что ворота экспорта в инъекционной сальмонелле собираются аналогичным образом с использованием пяти гомологичных белков. Минамино показывает, что даже если он не является частью структуры ворот, шестой трансмембранный белок, FliO, необходим для начала сборки ворот.
"FliO действует как каркас для FliP, чтобы сформировать кольцевую структуру.
Без этого кольца другие трансмембранные белки не войдут в комплекс ворот », – сказал он.
Электронно-микроскопические изображения показали, что каркас FliO заставляет FliP образовывать гексамер, который позволяет последующим трансмембранным белкам присоединяться к сборке. Электростатические расчеты определили, какие конкретные аминокислоты в FliP были критическими для взаимодействий FliO-FliP и взаимодействий FliP-FliP, предоставив возможные мишени для экспериментальных препаратов.
Чтобы продемонстрировать, что FliO необходим для сборки экспортных ворот, а не структуры, Минамино показал, что сверхэкспрессия FliP может обойти дефект FliO и перейти к завершению устройства экспортных ворот.
Хотя FliO позволяет FliP образовывать гексамер, гомологичный белок FliP в инъектисоме, SpaP, образует пентемер и гетерогексамер вместе с SpaR, гомологичным белком FliR.
Вычислительный анализ показал, что FliP также может принимать эту структуру.
«Значительное количество проанализированных нами кольцевых частиц FliP можно отнести к 5-кратному вращательному анализу, чтобы они могли образовывать пентамеры. Мы уверены, что FliP – хорошая модель для SpaP, – сказал Минамино.
Идентификация первого шага сборки экспортных ворот, а именно олигмеризации FliP через взаимодействия FliO, предлагает потенциальный способ нарушить патологию таких бактерий, как сальмонелла.
«Наши результаты показывают, что гомологи FliP инъекциомы являются многообещающими мишенями для лекарств», – сказал Минамино.