Как гормоны стресса направляют бактерии в организме хозяина
Недавно обнаруженный белок помогает бактериям распознавать гормоны стресса в человеческом организме и направлять их движение в организме хозяина.
У людей и животных катехоламины, такие как эпинефрин, норэпинефрин и дофамин, являются распространенными гормонами стресса. Стресс может повысить восприимчивость организма к бактериальным инфекциям. В лабораторных условиях гормоны стресса стимулируют рост различных патогенных микроорганизмов. Это было обнаружено у Salmonella (Salmonella enterica серовар Typhimurium) и других кишечных бактерий, Escherichia coli и возбудителя холеры, Vibrio cholerae. Кроме того, эпинефрин и норэпинефрин облегчают бактериям инфицирование клеток организма. Эти гормоны также влияют на биосинтез факторов вирулентности, которые позволяют патогенам прилипать к клеткам, проникать в них и разрушать.
"Поэтому мы подозревали, что некоторые бактерии используют эти гормоны в качестве сигналов для распознавания среды эукариотического хозяина", - говорит микробиолог Кирстен Юнг. "Но молекулярная основа была неизвестна". Вместе с профессором Стефаном А. Зибером из Мюнхенского технического университета и другими исследователями Юнг определила место связывания эпинефрина и производного эпинефрина фенилэфрина в бактерии Vibrio campbellii. Как сообщают авторы в журнале PNAS, мишенью обеих молекул является белок CheW.
"Биологическое значение механизма заключается в том, что бактерии распознают, например, что они больше не в морской воде, а в кишечнике хозяина", - объясняет Юнг. "Мы хотели узнать, как бактерии распознают катехоламины в качестве сигнальных молекул", - объясняет Юнг. "Какие рецепторы контролируют этот процесс?". Ее эксперименты состояли из нескольких отдельных этапов.
Для исследования ученые разработали метод химической модификации эпинефрина и фенилэфрина, чтобы исследователи могли напрямую выделять комплексы из катехоламинов и связанных с ними бактериальных белков. Необходимым условием экспериментов было то, чтобы новые соединения не обладали биологическими характеристиками, которых не было у немодифицированных молекул. Группа Юнг провела лабораторные эксперименты, чтобы продемонстрировать, что это действительно так. Эпинефрин связывает железо, а производное эпинефрина - фенилэфрин - нет. Выбирая соединения, исследователи намеревались исключить эффекты, возникающие при лучшем снабжении бактерий железом.
Юнг и Зибер работали с Vibrio campbellii в качестве модельного организма. Эта морская бактерия инфицирует рыб, креветок, кальмаров и многих других морских беспозвоночных. Они добавили Vibrio campbellii к химически модифицированным катехоламинам и лизировали клетки. Затем они извлекли из лизата все белки, с которыми связалась молекула, и охарактеризовали их с помощью протеомного анализа. Это привело к особому обогащению растворимого белка хемотаксиса CheW.
Затем группа Юнг выделила белок CheW непосредственно из бактерий, очистила его и измерила его аффинность к катехоламинам. В процессе работы исследователи обнаружили нечто удивительное: гормоны связываются не с самими хеморецепторами, как предполагалось изначально, а с соединительным белком CheW, который находится между рецепторами и каскадом передачи сигнала. Вся эта система восприятия стимулов управляет движением бактерии в химическом градиенте.
"Наше исследование дает новое представление о коммуникации бактерий с их хозяином", - резюмирует Юнг. "Мы смогли показать, что плавательное поведение бактерий модифицируется гормонами хозяина, которые контролируются CheW".
Подвижность, и в частности направленная подвижность, имеет решающее значение для колонизации хозяина, поскольку бактерии целенаправленно стремятся колонизировать организм и завоевать все ниши.
На следующем этапе Юнг планирует выяснить, можно ли обнаружить такой же механизм у других бактерий.
