Белок с уникальной структурой помогает бактериям усваивать тиосульфат как источник серы
Исследователи из Научно-технологического института Нары (NAIST, Япония), опубликовавшие работу в Science Advances, сообщили о кристаллической структуре мембранного белка YeeE. Этот белок позволяет бактериям поглощать тиосульфат из окружающей среды для синтеза L-цистеина. Структура показала, что YeeE имеет характерную форму песочных часов, что обеспечивает сложный механизм поглощения. Эти фундаментальные данные могут значительно снизить стоимость промышленного производства цистеина.
L-цистеин — серосодержащая молекула, необходимая для многих белков. Он также имеет большое коммерческое значение, широко используясь в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.
«В природе L-цистеин производят микроорганизмы, собирающие неорганическую серу из почвы. Если эффективность секреции и производства L-цистеина микроорганизмами удастся резко повысить, этот метод превзойдет существующие, как в случае производства глутаминовой кислоты Corynebacterium glutamicum», — говорит профессор NAIST Томоя Цуказаки.
Бактерии могут поглощать как сульфат, так и тиосульфат-ионы для синтеза L-цистеина. Синтез из тиосульфата эффективнее из-за меньшего числа химических стадий. Генетические исследования выявили ключевую роль белка YeeE в поглощении тиосульфата.
Кристаллические структуры YeeE показали уникальную укладку белка, формирующую форму песочных часов.
«И внутренняя, и внешняя поверхности YeeE вогнуты к центру. Мы считаем, что эта форма критически важна для инициации поглощения и проведения тиосульфата», — объясняет доктор Ёсики Танака, первый автор исследования.
Молекулярно-динамическое моделирование показало, что поглощение происходит при прохождении иона тиосульфата через три ключевых сайта в структуре YeeE. В модели первый сайт притягивает ион тиосульфата к положительно заряженной поверхности. Затем, используя водородные связи типа S-H-S, YeeE передает ион на два других сайта и далее в цитоплазму, не претерпевая при этом значительных конформационных изменений.
«По сравнению с переносчиками, имеющими структуры, обращенные внутрь и наружу, или использующими "качающиеся" движения, движение в YeeE гораздо меньше. Его структура не предназначена для использования этих других механизмов», — отмечает Танака.
«О семействе транспортных белков YeeE известно сравнительно мало. Дальнейшее изучение структуры для поглощения и генетические модификации могут позволить искусственно создать "супер"-YeeE, который повысит продуктивность L-цистеина за счет высокого поглощения тиосульфата», — добавляет Цуказаки.