Исследование раскрывает биохимическую роль ключевого белка TonB в транспорте железа и патогенности бактерий

Исследование под руководством Университета штата Канзас раскрыло роль белка в бактериях, вызывающих широкий спектр заболеваний, включая брюшной тиф, чуму, менингит и дизентерию. Результаты могут привести к созданию новых и улучшенных антибиотиков для людей и животных.

Филипп Е. Клебба, профессор и заведующий кафедрой биохимии и молекулярной биофизики, сделал открытие вместе с двумя коллегами по кафедре: аспирантом Лорном Д. Джорданом и исследователем Салете М. Ньютон. В коллаборации участвовали биофизики из Университета Оклахомы и Университета Пердью. Их исследование "Энергозависимое движение TonB во внутренней мембране грамотрицательных бактерий" опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследование сосредоточено на центральной роли железа в биохимии. Как животным, так и бактериям железо необходимо для таких биологических процессов, как генерация энергии и синтез ДНК. Однако системы захвата железа бактериями способствуют инфекционным заболеваниям.

"Железо — это объект микробиологической войны в организме человека", — сказал Клебба. "Белки хозяина защищают клетки и ткани, секвестрируя металл, а успешные патогены преодолевают этот барьер и захватывают железо. Но механизмы транспорта железа патогенными организмами плохо изучены".

Мембранный белок TonB играет незаменимую роль в поглощении железа грамотрицательными бактериями — классом бактерий, более устойчивых к антибиотикам из-за почти непроницаемой клеточной стенки. Грамотрицательные бактерии, такие как Escherichia coli, Salmonella typhi, Yersinia pestis, Vibrio cholera, Brucella abortus и Neisseria meningitidis, вызывают множество заболеваний и клинических состояний; все они транспортируют железо одним и тем же механизмом, зависящим от действия TonB.

Несмотря на десятилетия исследований, биохимическая роль TonB в грамотрицательных бактериях оставалась научной загадкой. Клебба и его коллеги обнаружили, что клеточные электрохимические силы приводят TonB во вращательное движение, которое обеспечивает энергию и физический механизм для поглощения железа клеткой.

"В этом смысле TonB действует как электродвигатель, который постоянно вращается в ответ на поток клеточной энергии", — пояснил Клебба. "TonB — одно из самых маленьких и древних электрических устройств в природе".

По словам Клеббы, будущие антибиотики могут блокировать функции TonB, предотвращать захват железа грамотрицательными клетками и, следовательно, защищать людей и животных от инфекции такими патогенными штаммами бактерий.

Помимо публикации в PNAS, Клебба недавно представил эти результаты на конференции Гордона 2013 года по механизмам мембранного транспорта в Саут-Хэдли, Массачусетс.