Инфекции, вызываемые Staphylococcus aureus, зависят от способности стафилококков получать питательные вещества.
Одним из важнейших питательных веществ является железо, которое он получает из гема гемоглобина (Hb) с помощью белкового механизма, называемого системой железорегулируемых поверхностных детерминант (Isd). IsdB - это белок, отвечающий за извлечение гема из Hb, что является первым шагом в цепи событий, ведущих к переносу железа внутрь клетки бактерии.
Исследователи из Университета Пармы (Италия) выяснили, как Staphylococcus aureus извлекает железо из гемоглобина - процесс, имеющий решающее значение для выживания бактерий. Используя новый метод рентгеновского рассеяния растворов (TR-XSS), ученые определили полную последовательность белок-белковых взаимодействий во время этой «кражи» железа.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, открывают возможности для разработки лекарственных препаратов для борьбы с резистентными к противомикробным препаратам штаммами S. aureus.
Экспериментальная работа позволила в беспрецедентных деталях изучить, как S. aureus получают железо из нашего гемоглобина. Ранее этот процесс изучался косвенно с помощью оптических методов, но никто еще не зафиксировал полную последовательность молекулярных событий с помощью методики, способной напрямую исследовать переходные структурные изменения белка.
Исследование было сосредоточено на динамике белок-белковых взаимодействий между IsdB и Hb. Ученые уже знали, что IsdB образует комплекс для извлечения богатого железом гема из Hb. Чтобы проследить за этим процессом более детально, исследователи объединили методы TR-XSS с быстрым перемешиванием. Точные детали процесса были выявлены благодаря использованию коротких (20 мкс) полихроматических рентгеновских импульсов и сбору данных в области широкоугольного рентгеновского рассеяния.
Авторы разработали кинетическую модель, способную описать весь процесс взаимодействия IsdB-Hb, и обнаружили, что IsdB извлекает гем только тогда, когда обе цепи Hb связаны с IsdB. Для S. aureus это означает максимальную эффективность экстракции. Вооружившись этими знаниями, фармакологи могут попытаться разработать препараты, прерывающие этот процесс. «Зная весь механизм, легче сосредоточиться на конкретном этапе, который может быть более эффективным для ингибирования взаимодействия», - говорит Лука Ронда, член исследовательской группы.
Метод TR-XSS также может быть использован для характеристики биологических систем, вовлеченных в другие заболевания. Он позволяет получить структурную информацию, полезную при разработке лекарственных препаратов, не только при взаимодействии хозяина и патогена, но и в пределах одного живого организма. Например, реакции, которым способствуют ферменты - биологические катализаторы, ускоряющие скорость процессов нашего метаболизма.
Другие методы, такие как оптическая спектроскопия и флуоресценция, используются для изучения белков, взаимодействующих во многих контекстах. Однако ограничение заключается в том, что они чувствительны к окружению конкретных спектроскопических зондов, а не ко всей структуре белка. Рентгеновское рассеяние растворов, с другой стороны, чувствительно ко всем молекулам в белке-мишени. «Если белок претерпевает глобальные структурные изменения, вы не можете этого не заметить», - поясняет Ронда.
