Дикий и странный мир фторидных каналов: как микробы выживают в токсичной среде

Фторид содержится практически везде: в горных породах, воде, почве и море. Это 13-й по распространённости элемент в земной коре, и он крайне токсичен для одноклеточных организмов, таких как бактерии и дрожжи.

Тем не менее, эти организмы выживают и даже процветают в средах, богатых фторидом. Как?

Учёные из Университета Брандейса нашли ответ, который может иметь значение для лечения бактериальных заболеваний, таких как туберкулёз.

В статье, опубликованной в августе в журнале eLife, профессор биохимии Кристофер Миллер сообщает, что микроорганизмы эволюционировали необычный фторид-специфичный ионный канал для экспорта токсичного фторида из клетки.

Ионам для пересечения клеточных мембран нужна помощь одного из двух типов транспортных белков — переносчиков или каналов. Канальные белки формируют пору в мембране и транспортируют ионы из области высокой концентрации в область низкой.

Ионы фторида коварны. Они просачиваются в клетки в протонированной форме — в виде плавиковой кислоты (HF). В более высоком pH клетки кислота распадается, и остаются только ионы фторида. Поскольку HF легко проникает через мембраны, клетки накапливают фторид в концентрациях выше, чем во внешней среде.

Это накопление активирует семейство транспортных белков Fluc, которые строят настолько специфичный канал, что он может отличить вредный фторид от близкородственного, но безвредного хлорида. Это самый селективный канал из известных на сегодня. Он также необычен своей структурой: она перевёрнута и направлена в обратную сторону по сравнению со всеми другими изученными канальными белками.

«Этот вновь открытый ионный канал нарушает все правила известных каналов», — говорит Миллер.

Изучая работу канала, команда Миллера отключила внутреннюю систему защиты микроба, используя бактериальный штамм с «выключенным» геном Fluc. При воздействии фторида ион накапливается и ингибирует производство энергии путём гликолиза, а также синтез ДНК и РНК. Затем учёные могли «вставить» обратно ген Fluc или похожие гены от других организмов, чтобы спасти бактерии от этой гиперчувствительности к фториду.

Поскольку фторид в основном нетоксичен для человека, эта стратегия может стать одним из направлений для разработки методов лечения опасных бактериальных заболеваний. Но пока достаточно и того, что странная, дикая структура этого канала просто захватывает.