Бактериальные «самонаводящиеся ракеты», которые учёные хотят использовать
Тайлоцины — это мощные белковые наномашины, производимые бактериями. Они похожи на бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии), но не имеют капсида («головы»), содержащего вирусную ДНК. Тайлоцин подобен игле на пружине: он садится на клетку-мишень, пронзает клеточную мембрану, создавая отверстие в цитоплазму, что приводит к потере ионов, содержимого и гибели клетки.
- Производство и функция: Разнообразные бактерии производят тайлоцины, вероятно, в условиях стресса. Они летальны только для определённых штаммов, за что получили прозвище «бактериальные самонаводящиеся ракеты». Это инструмент конкуренции.
- Происхождение: Учёные полагают, что тайлоцины — это остатки фаговой ДНК, встроенной в бактериальный геном. Бактерии со временем отбросили ненужные части, оставив те, что приносят пользу.
- Альтруистическое поведение: Производство тайлоцинов убивает бактерию-производителя (наномашины прорываются через мембрану), но выпущенные тайлоцины атакуют только определённые штаммы, щадя родственные клетки. Это форма альтруистического поведения, механизмы которого в природе до конца не ясны.
Исследования и потенциал
Тайлоцины — область активных исследований. Учёные из Lawrence Berkeley National Laboratory и UC Berkeley изучают их, чтобы:
- Управлять микробиомами для исследований.
- Создать альтернативу антибиотикам, которые уничтожают бактерии без разбора и теряют эффективность из-за устойчивости.
Последнее исследование: механизм наведения
В недавней работе команда из Беркли изучила генетическую основу и физические механизмы атаки тайлоцинов. Исследовав 12 штаммов почвенных бактерий, они обнаружили, что на специфичность наведения могут влиять различия в липополисахаридах (молекулах на основе жиров и сахаров) на внешних мембранах.
«Бактерии, которых мы изучали, живут в сложной, бедной ресурсами среде. Нам интересно, как они используют тайлоцины в борьбе за выживание», — сказал соавтор Адам Аркин.
Учёные могут легко индуцировать производство тайлоцинов в лаборатории или вставить гены в культивируемые штаммы для массового производства (что полезно для создания лекарств). Однако остаются вопросы о том, как бактерии используют тайлоцины в естественной среде и как достигается высокая специфичность наведения.
«Как только мы поймём механизмы наведения, мы сможем начать использовать эти тайлоцины сами... Потенциал для медицины очевидно огромен, но это также невероятно для нашей науки — изучения взаимодействий микробов в окружающей среде и их роли в таких процессах, как секвестрация углерода и переработка азота», — добавил Аркин.
Сейчас сложно определить роль каждого микроорганизма в сообществе. Тайлоцины могли бы упростить такие эксперименты, позволяя целенаправленно удалять определённые штаммы.
Дальнейшие шаги
Учёные планируют использовать возможности визуализации Berkeley Lab, чтобы получить снимки атомного уровня всего процесса — от связывания тайлоцина с клеткой-мишенью до её гибели. По сути, они снимут микроскопический фильм ужасов.