Новый набор данных меняет понимание бета-бочек — перспективных мишеней для разработки вакцин

Ученые сосредоточились на трубчатых «белках внешней мембраны», обнаруженных у некоторых типов грамотрицательных бактерий. Эти белки могут быть ключевыми для разработки вакцин против ряда инфекций, таких как пневмония, заражение крови, раневые инфекции и менингит, некоторые из которых демонстрируют растущую лекарственную устойчивость. Эти белки часто принимают трубчатую форму, известную как бета-бочки, что делает их перспективными мишенями для вакцин.

Исследователи из Университета Канзаса создали новый и мощный набор данных, проливающий свет на различные типы бета-бочек и их эволюционные взаимосвязи, чтобы облегчить разработку лекарств. Их выводы недавно были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Новый метод и открытия

В отличие от предыдущих попыток, которые лишь каталогизировали родственников известных белков внешней мембраны, новый метод «IsItABarrel» позволил выявить более 270 000 ранее не идентифицированных белков внешней мембраны, которые могут заинтересовать исследователей вакцин. База данных выложена в открытый доступ.

«Распознав их общую характеристику бета-бочки как отличительную форму, мы разработали алгоритм, который выявил примерно 1,9 миллиона экземпляров этих белков», — пояснила соавтор Джоанна Слуски. — «Затем мы сгруппировали их в отдельные группы. Основная группа составляет около 1,4 миллиона экземпляров. Затем значительная часть, примерно 500 000 экземпляров, попадает в различные другие группы. Это говорит о том, что природа независимо развила эту структуру несколько раз».

Ранее было известно о двух-трех случаях конвергентной эволюции белков к форме бета-бочки. Теперь команда KU идентифицировала 11 независимых случаев такого события у различных типов бактерий.

Новые последовательности и механизмы

Исследование также показало, что, хотя многие белки демонстрируют характерный «сигнал бочки» (последовательности аминокислот, которые, как давно известно, сворачиваются в форму бочки), другие типы белков имеют сигналы бочки, которые были неизвестны до анализа с помощью «IsItABarrel».

«Общепризнанный мотив присутствует исключительно в прототипических бета-бочках. Напротив, альтернативные белки демонстрируют совершенно другие мотивы, которые приводят к образованию различных групп бочек в мембране», — сказала Слуски. — «Это открытие предоставляет дополнительное подтверждение концепции независимой эволюции. Однако оно также подчеркивает ограничения в нашем понимании процесса сворачивания этих других белков».

Открытие того, что бактерии могут создавать бета-бочки, используя новые аминокислотные мотивы, должно стимулировать множество новых направлений исследований, например, используют ли они тот же механизм сворачивания или принципиально иной подход.