Studie z amerického státu Ohio odhaluje bakteriální obranný mechanismus proti fágům

Studie z amerického státu Ohio odhaluje bakteriální obranný mechanismus proti fágům

Jedním z mnoha tajemství úspěchu bakterií je jejich schopnost bránit se před viry zvanými fágy, které infikují bakterie a využívají svůj buněčný aparát k vytváření vlastních kopií.

Technologický pokrok nedávno umožnil identifikovat proteiny zapojené do těchto systémů, ale vědci se stále hlouběji zabývají tím, jak tyto proteiny fungují.

V nové studii tým z Ohio State University oznámil molekulární složení jednoho z nejběžnějších anti-fágových systémů - z rodiny proteinů nazývaných Gabija - který je podle odhadů používán nejméně 8,5 % a až 18 % všech bakteriálních druhů na Zemi.

Výzkumníci zjistili, že protein má zřejmě schopnost bojovat s fágem. Když se však naváže na partnerský protein, výsledný komplex je extrémně zběhlý v řezání genomu napadajícího fága, takže se nemůže replikovat.

Předpokládáme, že tyto dva proteiny musí tvořit komplex, aby mohly hrát roli v prevenci fágů. Ale také věříme, že protein samotný má určitou protifágovou funkci. Úplná role druhého proteinu vyžaduje další zkoumání.

Zhangfei Shen, spoluautor studie a postdoktorand v oboru biologické chemie a farmakologie na Ohio State's College of Medicine

Výsledky přispívají k vědeckému pochopení evolučních strategií mikroorganismů a jednoho dne by mohly být převedeny do biomedicínských aplikací, říkají vědci.

Shen a spoluautor Xiaoyuan Yang, postgraduální student, pracují v laboratoři hlavního autora Tianmin Fu, odborného asistenta biologické chemie a farmakologie ve státě Ohio.

Studie byla zveřejněna 16. dubnaStrukturní a molekulární biologie přírody.

Dva proteiny, které tvoří tento obranný systém, se nazývají Gabija A a Gabija B, nebo zkráceně GajA a GajB.

Vědci použili kryo-elektronovou mikroskopii ke stanovení biochemických struktur GajA a GajB jednotlivě, stejně jako takzvaný supramolekulární komplex GajAB, který se vytvoří, když se dva spojí do shluku tvořeného čtyřmi molekulami každého proteinu.

V experimentech sBacillus cereusPomocí bakterií jako příkladu vědci pozorovali aktivitu komplexu v přítomnosti fágů, aby získali přehled o tom, jak funguje obranný systém.

Ačkoli samotný GajA vykazoval známky aktivity, která by mohla deaktivovat DNA fága, komplex, který vytvořil s GajB, byl mnohem účinnější při zajišťování toho, že fágy nemohly převzít bakteriální buňku.

"To je ta záhadná část," řekl Yang. "GajA sám o sobě stačí k rozštěpení jádra fága, ale také tvoří komplex s GajB, když je inkubujeme společně. Naše hypotéza je, že GajA rozpoznává sekvenci genomu fága, ale GajB toto rozpoznávání zesiluje a pomáhá štěpit DNA fága." “

Velká velikost a protáhlá konfigurace komplexu znesnadňovala získat úplný obrázek o funkčních přínosech GajB při vazbě na GajA, řekl Shen, takže tým musel učinit určité předpoklady o proteinových rolích, které ještě nebyly potvrzeny.

„Vše, co víme, je, že GajB pomáhá zvyšovat aktivitu GajA, ale zatím nevíme, jak to funguje, protože v komplexu vidíme jen asi 50 %,“ řekl Shen.

Jednou z jejich hypotéz je, že GajB by mohl ovlivnit koncentraci zdroje energie, nukleotidu ATP (adenosintrifosfát) v buněčném prostředí – konkrétně snížením ATP po detekci přítomnosti fága. To by mělo dvojí účinek – rozšíření aktivity fágové DNA-deaktivace GajA a krádež energie, kterou by fág potřeboval, aby se mohl začít replikovat, řekl Yang.

O bakteriálních obranných systémech proti fágům je stále co učit, ale tento tým již ukázal, že blokování replikace viru není jedinou zbraní v bakteriálním arzenálu. V předchozí studii Fu, Shen, Yang a kolegové popsali jinou obrannou strategii: bakterie si programují svou vlastní smrt, spíše než aby umožnily fágům převzít kontrolu nad komunitou.

Tato práce byla podporována Národním ústavem všeobecných lékařských věd.

Mezi další spoluautory patří Jiale Xie, Jacelyn Greenwald, Ila Marathe, Qingpeng Lin a Vicki Wysocki ze státu Ohio a Wenjun Xie z University of Florida.

Zdroje: