Радужные красители повышают точность борьбы с «супербактериями»
Исследование, опубликованное 17 февраля в журнале Science под руководством учёных из Индианского и Гарвардского университетов, впервые в мельчайших деталях раскрыло работу биохимического механизма, управляющего клеточным делением у бактерий.
Это открытие, ставшее возможным благодаря революционному методу окрашивания бактериальных клеточных стенок, разработанному в IU, — важный шаг вперёд в изучении роста бактерий. Оно может помочь в создании лекарств для борьбы с антибиотикорезистентными бактериями.
Глобально «супербактерии» представляют серьёзную угрозу для здоровья людей. По оценкам ВОЗ, ежегодно около 480 000 человек заболевают туберкулёзом с множественной лекарственной устойчивостью. В США CDC оценивает, что 1 из 4 внутрибольничных инфекций у пациентов длительного пребывания вызвана шестью основными штаммами таких бактерий.
Как работает механизм деления
- Ранние антибиотики, такие как пенициллин, действуют как «молот»: они обманывают ферменты, создающие клеточную стенку (пенициллин-связывающие белки, PBPs), заставляя их связываться с лекарством, а не с «строительными блоками» стенки. Это приводит к её разрушению и гибели клетки.
- В делении также участвуют цитоскелетные белки FtsA и FtsZ, которые образуют внутри клетки каркас, направляющий строительство клеточной стенки.
- Все три элемента (PBPs, FtsA, FtsZ) должны координироваться, чтобы построить перегородку в середине клетки и не дать её содержимому вытечь после деления.
Новое исследование впервые показало, как именно они координируются. FtsZ действует как «прораб», который направляет движение PBP-«рабочих» во время строительства клеточной стенки.
Роль революционных красителей
Увидеть этот процесс позволила высокотехнологичная методика с использованием флуоресцентных D-аминокислот (FDAAs) — многоцветных красителей, открытых пять лет назад в лаборатории Майкла ВанНьивензе в IU.
- Применение красителей разного цвета во время строительства стенки выявило «картинку мишени»: круглая перегородка строится от внешнего края клетки к центру.
- Исследование также раскрыло, как молекулы FtsZ управляют строительством. Оказалось, что FtsZ, выстроенный в биохимическую цепь (филамент), постоянно теряет молекулу на одном конце и добавляет на другом. Это создаёт круговое движение по краю клетки, подобное работе беговой дорожки («treadmilling»).
Учёные из IU химически маркировали клетки для анализа, а исследователи из Гарварда провели эксперименты, показавшие движение белков FtsZ и PBP внутри клетки.
Значение открытия
- Это первый случай, когда клеточное деление удалось наблюдать как динамический процесс во времени, благодаря новым инструментам визуализации.
- Методика FDAAs, на которую подана заявка на патент в США, уже используется в десятках научных работ по всему миру.
- Визуализация этих структур — сложная задача, учитывая, что размер организма составляет менее микрометра (тысячной доли миллиметра). Для измерений флуоресцентных паттернов потребовались технологии Центра световой микроскопии IU.