JAV Ohajo valstijoje atliktas tyrimas atskleidžia bakterijų apsaugos nuo fagų mechanizmą

JAV Ohajo valstijoje atliktas tyrimas atskleidžia bakterijų apsaugos nuo fagų mechanizmą

Viena iš daugelio bakterijų sėkmės paslapčių yra jų gebėjimas apsiginti nuo virusų, vadinamų fagais, kurie užkrečia bakterijas ir naudoja savo ląstelių mechanizmus, kad sukurtų savo kopijas.

Technologijų pažanga pastaruoju metu leido nustatyti šiose sistemose dalyvaujančius baltymus, tačiau mokslininkai vis dar gilinasi į šių baltymų funkcionavimą.

Naujame tyrime Ohajo valstijos universiteto komanda pranešė apie vienos iš labiausiai paplitusių antifagų sistemų – iš baltymų šeimos, vadinamos Gabija – molekulinę sandarą, kurią, kaip manoma, naudoja mažiausiai 8,5 % ir iki 18 % visų Žemėje esančių bakterijų rūšių.

Tyrėjai išsiaiškino, kad baltymas, atrodo, turi galimybę kovoti su fagu. Tačiau, kai jis jungiasi su partnerio baltymu, gautas kompleksas labai gerai supjausto invazinio fago genomą, todėl jis negali daugintis.

Manome, kad šie du baltymai turi sudaryti kompleksą, kad galėtų atlikti fagų prevencijos vaidmenį. Tačiau mes taip pat tikime, kad vienas baltymas turi tam tikrą antifaginę funkciją. Visą antrojo baltymo vaidmenį reikia toliau tirti.

Zhangfei Shen, vienas iš tyrimo autorių ir biologinės chemijos bei farmakologijos mokslų daktaras Ohajo valstijos medicinos koledže

Rezultatai prisideda prie mokslinio supratimo apie mikroorganizmų evoliucines strategijas ir vieną dieną gali būti panaudoti biomedicinoje, teigia mokslininkai.

Shen ir vienas iš pagrindinių autorių Xiaoyuan Yang, magistrantūros studentas, dirba pagrindinio autoriaus Tianmin Fu, biologinės chemijos ir farmakologijos docento Ohajo valstijoje, laboratorijoje.

Tyrimas buvo paskelbtas balandžio 16 dGamtos struktūrinė ir molekulinė biologija.

Du baltymai, sudarantys šią gynybos sistemą, vadinami Gabija A ir Gabija B arba trumpiau GajA ir GajB.

Tyrėjai naudojo krioelektroninę mikroskopiją, kad nustatytų GajA ir GajB biochemines struktūras atskirai, taip pat vadinamąjį supramolekulinį kompleksą GajAB, kuris susidaro, kai abu susijungia į klasterį, sudarytą iš keturių kiekvieno baltymo molekulių.

Eksperimentuose suBacillus cereusNaudodami bakterijas kaip pavyzdį, mokslininkai stebėjo komplekso aktyvumą esant fagams, kad suprastų, kaip veikia gynybos sistema.

Nors vien GajA parodė aktyvumo požymių, galinčių deaktyvuoti fago DNR, kompleksas, kurį jis sudarė su GajB, buvo daug veiksmingesnis užtikrinant, kad fagai negalėtų perimti bakterinės ląstelės.

„Tai yra paslaptingoji dalis“, - sakė Yang. "Vieno GajA pakanka suskaidyti fago šerdį, tačiau kartu inkubuojant jis sudaro kompleksą su GajB. Mūsų hipotezė yra ta, kad GajA atpažįsta fago genomo seką, tačiau GajB sustiprina šį atpažinimą ir padeda supjaustyti fago DNR." “

Dėl didelio komplekso dydžio ir pailgos konfigūracijos buvo sunku susidaryti išsamų vaizdą apie GajB funkcinį indėlį, kai jis yra prijungtas prie GajA, sakė Shen, todėl komanda turėjo padaryti tam tikras prielaidas dėl baltymų vaidmenų, kurie dar turi būti patvirtinti.

„Žinome tik tai, kad GajB padeda padidinti GajA aktyvumą, tačiau dar nežinome, kaip tai veikia, nes komplekse matome tik apie 50 proc.“, – sakė Shen.

Viena iš jų hipotezių yra ta, kad GajB gali turėti įtakos energijos šaltinio, nukleotido ATP (adenozino trifosfato) koncentracijai ląstelių aplinkoje – konkrečiai, sumažindamas ATP po to, kai aptinkamas fagas. Tai turėtų dvigubą poveikį: išplėstų GajA fago DNR deaktyvavimo aktyvumą ir pavogtų energiją, kurios fagui reikės, kad galėtų pradėti daugintis, sakė Yang.

Dar reikia daugiau sužinoti apie bakterijų antifagų gynybos sistemas, tačiau ši komanda jau įrodė, kad viruso replikacijos blokavimas nėra vienintelis ginklas bakterijų arsenale. Ankstesniame tyrime Fu, Shen, Yang ir kolegos aprašė kitokią gynybos strategiją: bakterijos užprogramuoja savo mirtį, o ne leidžia fagams užvaldyti bendruomenę.

Šį darbą parėmė Nacionalinis bendrųjų medicinos mokslų institutas.

Papildomi bendraautoriai yra Jiale Xie, Jacelyn Greenwald, Ila Marathe, Qingpeng Lin ir Vicki Wysocki iš Ohajo valstijos ir Wenjun Xie iš Floridos universiteto.

Šaltiniai: