Раскрыт ключевой этап в том, как бактерии приобретают устойчивость к антибиотикам
Исследователи получили изображение основного компонента конъюгации - процесса, который бактерии используют для обмена ДНК друг с другом.
Во время конъюгации бактерии могут обмениваться генетической информацией в виде специальных фрагментов ДНК. Они включают гены, которые помогают им противостоять атакам обычных противомикробных препаратов, что делает многие заболевания, вызванные этими бактериями, устойчивыми к лечению.
Поэтому лучшее понимание конъюгации может позволить ученым найти способы остановить этот процесс и уменьшить распространение устойчивости к противомикробным препаратам. Хотя конъюгация изучается с 1940-х годов, атомные детали, лежащие в основе этого механизма, были неизвестны. Теперь исследователи из Имперского колледжа Лондона и Лондонского университета королевы Марии впервые получили изображение ключевой части этого процесса.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, являются важным шагом вперед в понимании того, как бактерии приобретают устойчивость к лекарствам, и, возможно, как остановить этот процесс.
Ведущий исследователь д-р Тиаго Коста из Центра молекулярной бактериологии и инфекций MRC и факультета наук о жизни Имперского университета сказал:
"Наши результаты закладывают основу для ускорения нашего понимания передачи генов, обеспечивающих устойчивость бактерий к противомикробным препаратам. Важно, что расшифровка механистических деталей переноса генов может предоставить нам мишени, которые можно использовать для подавления устойчивости к антибиотикам"
Команда исследовала бактерии кишечной палочки. Когда бактерия E. coli хочет начать конъюгацию с другой бактерией, она использует систему секреции IV типа (T4SS) - структуру, которая тянется к другой бактерии и проникает в нее. Многие виды бактерий используют T4SS для различных процессов, включая введение токсичных белков в наши собственные клетки во время инфекции или введение токсинов в клетки бактерий-соперников для их уничтожения в конкурентной борьбе за ресурсы.
При конъюгации передаются не токсичные белки, а сегменты свободно распространяющейся ДНК, которые дают бактериям преимущества, включая устойчивость к противомикробным препаратам. Эти сегменты ДНК могут даже переноситься на другие виды бактерий, распространяя устойчивость к лекарствам на новые патогены.
T4SS состоит из трех частей. Команда смогла получить изображение части, называемой комплексом ядра внешней мембраны, который прикрепляет T4SS к бактерии, разделяющей его гены. От этого якоря бактерия посылает пилус - длинную нить, которая цепляется за соседнюю бактерию, которой нужно передать ДНК.
Изображения, полученные с помощью метода криоэлектронной микроскопии, показали, что комплекс ядра внешней мембраны состоит из двух концентрических колец белков с очень гибкими соединительными элементами. Эта структура очень гибкая, что, по мнению исследователей, помогает пилусу выдвигаться и втягиваться, когда он дотягивается до другой бактерии.
Первый автор статьи Химани Амин, также представляющая факультет наук о жизни, сказала: "Наша структура раскрывает новые интересные аспекты комплекса ядра наружной мембраны, демонстрируя замечательную организацию белков внутри него. Это проложит путь к лучшему пониманию передачи генов среди бактерий и может позволить исследователям разработать профилактические терапевтические средства".
Теперь команда хочет получить изображение остальной части конъюгационного T4SS в E. coli, раскрывая его полную функциональность достаточно подробно, чтобы показать ученым, как можно нарушить этот процесс, снизив передачу устойчивости к противомикробным препаратам.
