Исследователи отследили, как бактерии выводят токсичные металлы

Бактерии обладают хитроумной способностью выживать во враждебных средах. Например, через сложную серию взаимодействий они могут идентифицировать, а затем выработать устойчивость к токсичным химическим веществам и металлам, таким как серебро и медь. Аналогичный механизм бактерии используют для защиты от антибиотиков.

У бактерии E. coli сенсорный белок CusS во внутренней мембране мобилизуется из кластеризованной формы при обнаружении ионов меди в окружающей среде. CusS рекрутирует белок-регулятор транскрипции CusR, а затем расщепляет АТФ для фосфорилирования CusR. После этого CusR активирует экспрессию генов, чтобы помочь клетке защититься от токсичных ионов меди.

Исследователи из Корнеллского университета объединили генную инженерию, отслеживание одиночных молекул и количественное определение белков, чтобы детальнее изучить этот механизм и понять, как он функционирует. Эти знания могут привести к разработке более эффективных антибактериальных методов лечения.

Статья команды "Metal-Induced Sensor Mobilization Turns on Affinity to Activate Regulator for Metal Detoxification in Live Bacteria" была опубликована 28 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Устойчивость бактерий — это работа в тандеме двух белков внутри клетки. Один белок (CusS) во внутренней мембране обнаруживает присутствие химического вещества или металла и посылает сигнал регуляторному белку (CusR) в цитозоле. Регуляторный белок связывается с ДНК и активирует ген, который продуцирует транспортные белки, выводящие токсин из клетки.

Команда Пенг Чена использовала визуализацию на уровне одной клетки: они пометили отдельные белки в живой E. coli флуоресцентным сигналом и визуализировали белки по одному, отслеживая их движение. Процедура дала миллионы изображений и, в конечном итоге, детальную качественную карту движения белков.

Исследователи обнаружили, что при встрече E. coli с медью количество свободно перемещающихся сенсорных белков увеличивается, а кластеризованных — уменьшается. Мобилизованные сенсорные белки взаимодействуют с регуляторным белком и запускают сложную серию шагов — от связывания меди до связывания и расщепления АТФ, — которая в конечном итоге приводит к экспрессии генов для выведения металла из клетки.

Ключевое открытие: рекрутирование регуляторного белка CusR происходит сразу после связывания сенсорным белком CusS меди, то есть очень рано в последовательности событий. Это обеспечивает функциональное преимущество, ускоряя весь процесс до того, как он успевает "распасться".