В поединке «иммунная система» — «болезнетворные микроорганизмы» в ход идут любые средства. Некоторые бактерии вооружились «нано-шприцами», позволяющими вводить факторы вирулентности прямо в клетку инфицируемого организма. Ученые выяснили, как им это удается.

Shigella flexneri, возбудитель дизентерии (оранжевый), устанавливает контакт с инфицируемой человеческой клеткой (синий). Масштабный отрезок — 1 мкм.
Shigella flexneri в разрезе. Хорошо различимы внешняя и внутренняя мембраны (показаны оранжевым) и выступающие наружу «иглы» (оранжевые с синим контуром). Масштабный отрезок — 1 мкм.
«Шприцы», выделенные из Shigella flexneri. При добавлении молекул белка, из которого состоят «иглы», некоторые из них спонтанно достраивались и удлинялись. Масштабный отрезок — 100 нм.

Каждый день человеческий организм сталкивается со множеством патогенов. Но к счастью, наша иммунная система останавливает большинство из них, не давая инфекции развиться. Чтобы инфицировать организм, бактериям необходимо «перехитрить» иммунную систему. Для этого они выделяют так называемые факторы вирулентности, например, ингибирующие иммунную систему белки или токсины. «Доставка» факторов вирулентности в инфицируемый организм осуществляется через транспортные каналы в бактериальной мембране.

Некоторые бактерии (например, возбудители дизентерии и брюшного тифа) разработали специальный механизм передачи факторов вирулентности, называемый секрецией третьего типа. Характерной его особенностью является доставка факторов вирулентности непосредственно в клетку с помощью структуры, которая по данным электронной микроскопии напоминает шприц с выступающей из бактериальной мембраны «иглой».

До сих пор было мало известно о том, как бактериям удается создавать эти «нано-шприцы». Ученым из Общества Макса Планка (Max-Planck-Gesellschaft) и Федерального института по материаловедению (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) впервые удалось определить основные принципы их формирования. Это стало возможным благодаря серии экспериментов, которые позволили изучить процесс объединения белков в «иглы».

Наблюдения показали, как бактерии собирают свои «шприцы»: сначала необходимый белок, служащий «строительным материалом» для иглы, синтезируется внутри бактериальной клетки, а потом транспортируется по уже существующему каналу наружу. Достигнув конца «иглы», молекулы белка одна за другой достраивают её.

Ученые также смогли выяснить, как белки меняют свою пространственную структуру в процессе сборки, отследив изменения на уровне отдельных аминокислот. Для этого потребовалось выполнить рентгеноструктурный анализ белков с использованием синхротронов BESSY (Берлин) и ESRF (Гренобль), а также исследование методом ЯМР-спектроскопии в Институте биофизической химии имени Макса Планка (Гёттинген).

Результаты исследования в перспективе могут быть использованы для создания медикаментов, которые препятствуют инфекции на самой ранней её стадии (так называемых anti-infectives), которые смогут препятствовать секреции факторов вирулентности в клетку хозяина. Подобные препараты имели бы значительное преимущество перед антибиотиками, которые должны проникнуть сквозь мембрану бактерии, чтобы уничтожить её. Кроме того, антибиотики не «различают», кто тут «свой», а кто «чужой», т. е. действуют не только на болезнетворные бактерии, что часто приводит к нежелательным побочным эффектам. Наконец, использование anti-infectives позволило бы обойти проблему формирования резистентности (невосприимчивости) микроорганизмов к антибиотикам.

По пресс-релизу Max Planck Society Open in Google Docs Viewer Open link in new tab Open link in new window Download file Copy link address