Ученые раскрыли загадочный механизм работы бактерии холеры

Исследователи обнаружили, что фермент в бактерии, вызывающей холеру, использует ранее неизвестный механизм для обеспечения бактерии энергией. Поскольку этот фермент не встречается у большинства других организмов, включая человека, открытие дает представление о том, как можно создать лекарства для уничтожения бактерии, не нанося вреда человеку.

Команда под руководством Бланки Баркеры, доцента биологии в Rensselaer, опубликовала результаты в выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 28 июня.

Роль фермента Na+-NQR

Команда изучала фермент Na+-NQR, который представляет собой, по сути, две связанные машины. Он создает энергию из пищи и электрически заряжает клеточную мембрану Vibrio cholerae, обеспечивая энергией многие клеточные функции.

Vibrio cholerae вызывает холеру — заболевание, передающееся в основном через загрязненную питьевую воду. Холера, при которой сильная диарея и рвота приводят к быстрому обезвоживанию, является основной причиной смерти в развивающихся странах и после катастроф, нарушающих водоснабжение.

Уникальный механизм

Команда обнаружила, что способ связи двух машин в Na+-NQR отличается от других дыхательных ферментов и, вероятно, включает гораздо большее движение белка, чем наблюдалось в других ферментах.

Их работа связана с интересом к клеточному дыханию — процессу, который переносит электроны от пищи к кислороду в контролируемом «сгорании», высвобождая энергию.

«Клеточное дыхание удивительно, — сказала Баркера. — Это один из самых эффективных известных процессов преобразования энергии, и тем не менее он не требует высоких температур».

У бактерий, в отличие от более сложных организмов (как человек), дыхание происходит в клеточной мембране, так как у них нет митохондрий. Na+-NQR — это дыхательный фермент, обнаруженный на клеточной мембране Vibrio cholerae.

Фермент создает энергию через дыхание и использует ее для выкачивания ионов из клетки, электрически заряжая мембрану. В отличие от похожих ферментов у многих животных и бактерий, Na+-NQR выкачивает из клетки ионы натрия, а не протоны.

Метод исследования и открытие

Исследователи изучали фермент, извлекая его из внутренней клеточной мембраны и помещая в раствор, имитирующий бактериальную мембрану (подобный детергенту), где фермент хорошо себя чувствовал.

Их исследование показало, что сам белок перемещает ионы по пути через клеточную мембрану.

«Он работает совершенно иначе, чем ферменты в других бактериях и митохондриях. Захват и высвобождение ионов осуществляется движением белка», — пояснила Баркера.

Модифицируя белок различными способами, исследователи идентифицировали сайт на белке, где ионы начинают и заканчивают свое движение.

Следующие шаги

Следующая цель — определить путь, который ион проходит вдоль белка.

«Мы видим входной и выходной сайт. Теперь мы хотим узнать путь», — сказала Баркера.