Амилоиды, пожалуй, наиболее известны как ключевая причина болезни Альцгеймера. Эти аморфные белки, которые содержатся в организме человека, прикрепляются к нервным клеткам подобно бляшкам, нарушая их функцию и способствуя развитию целого ряда нейродегенеративных заболеваний.
Согласно новому исследованию Университета Колорадо, опубликованному в журнале Nature, эти белки также играют важную роль для бактерий, позволяя им защищаться от других хищных бактерий. Амилоидные волокна представляют собой олигомеры функционального амилоидного белка CsgA, который отличается исключительной прочностью. "Мы обнаружили, что некоторые бактерии используют амилоиды в качестве молекулярных доспехов", - рассказал старший автор исследования Аарон Уайтли. По его словам, благодаря лучшему пониманию того, как бактерии защищают себя от угроз, ученые в конечном итоге смогут разработать новые средства для уничтожения патогенов и дать новое представление о том, как работает иммунная система человека.
В своем исследовании Уайтли и коллеги сосредоточились на бактерии под названием Bdellovibrio bacteriovorus. Bdellovibrio bacteriovorus - это хищная бактерия, которая неизбирательно охотится на грамотрицательные бактерии, проникая в периплазму клеток-жертв, выщелачивая их питательные вещества и, в конечном счете, лизируя инфицированную клетку, чтобы выйти и найти нового хозяина. Жизненный цикл B. bacteriovorus как хищника во многом сравним с жизненным циклом бактериофага, однако, в отличие от защиты от фагов, защита от B. bacteriovorus широко не изучалась. "Как правило, они безвредны для человека, но смертельно опасны для бактерий, которые вызывают у нас заболевания", - пояснил Уайтли. "Даже кишечной палочке приходится беспокоиться о том, чтобы не встретиться с одной из этих хищных бактерий".
Уайтли задался вопросом как некоторые бактерии вступают в борьбу с такими хищниками и побеждают? Чтобы выяснить это, исследовательская группа начала с сбора обширной коллекции экзотических штаммов кишечной палочки из различных источников по всему миру, включая кишечник ящерицы, мочевыводящие пути шведского пациента и образцы экскрементов леопардов и кенгуру. Затем они натравили B. bacteriovorus на эти бактерии. "Мы были поражены", - сказал Уайтли. "Мы обнаружили, что около трети штаммов на самом деле были устойчивы к B. bacteriovorus".
В ходе последующих исследований с использованием высокотехнологичной микроскопии ученые смогли увидеть, как именно сопротивлялись эти устойчивые штаммы.
На снимках было отчетливо видно, что устойчивые штаммы полностью покрываются волокнами амилоидного белка, который похож, но не идентичен амилоидам, вызывающим болезнь Альцгеймера. Затем, используя генетическое секвенирование авторы обнаружили, что бактерии использовали амилоидные волокна для борьбы и с другими хищными бактериями. Биоинформатический анализ бактериальных амилоидов показал, что эти системы разнообразны и широко распространены у бактерий, у которых есть как внутренняя, так и внешняя мембраны.
"Мы утверждаем, что те же характеристики, которые делают амилоиды проблемой для человека — тот факт, что они долговечны и их трудно расщепить, — делают их идеальной броней для бактерий, которую они используют для защиты от широкого спектра угроз", - сказал Уайтли. Исследование также предполагает, что бактерии используют амилоиды для образования биопленок, но Уайтли подозревает, что B. bacteriovorus и другие виды хищных бактерий, возможно, разработали генетические инструменты или уникальные ферменты, способные разрушать биопленки. "Везде, где организмы борются, происходят биохимические инновации", - говорит он.
Сейчас он и его коллеги работают над тем, чтобы определить, какими могут быть эти средства, разрушающие защитные барьеры, в надежде, что их можно будет использовать для разработки новых способов борьбы с устойчивостью к антибиотикам или болезнями, вызываемыми амилоидом, такими как болезнь Альцгеймера.
"Если мы сможем понять, что делает эту броню такой прочной и что делают некоторые хищные бактерии, чтобы обойти ее, это может иметь самые разные преимущества для здоровья человека", - сказал он.
