Патогенные бактерии рода Salmonella или Yersinia могут использовать крошечные инъекционные приспособления для впрыскивания вредных белков в клетки хозяина.
Однако не только с целью борьбы с болезнями исследователи изучают механизм впрыска этих так называемых секреторных систем III типа, также известных как "инъектосомы". Если бы структура и функции инъектосом были полностью изучены, исследователи могли бы использовать их для доставки специфических лекарств в клетки, например, раковые. На самом деле, структура инъектосомы уже выяснена. Однако оставалось неясным, как бактерии заряжают свои "шприцы", чтобы в определенное время впрыснуть нужные белки.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, группа ученых под руководством Андреаса Дипольда из Института наземной микробиологии Макса Планка в Марбурге смогла ответить на этот вопрос: мобильные компоненты инъектосомы прочесывают бактериальную клетку в поисках белков для инъекций, так называемых эффекторов. Когда они встречают эффектор, то доставляют его, как маршрутный автобус, к входу в инъекционную иглу.
"То, как белки сортировочной платформы в цитозоле связываются с эффекторами и доставляют груз к экспортным воротам мембраносвязанной инъекционной иглы, можно сравнить с процессами на грузовом терминале", - объясняет Дипольд. "Мы считаем, что этот челночный механизм помогает сделать инъекцию эффективной и одновременно специфичной - ведь бактерии должны быстро вводить нужные белки, чтобы не быть распознанными и уничтоженными, например, иммунной системой".
Чтобы разобраться в важном механизме загрузки инъектосомы, исследователям пришлось применить новые методики. "Традиционные методы, которые обычно используются для определения того, что белки связываются друг с другом, не подошли для ответа на этот вопрос - возможно, потому, что эффекторы связываются лишь на короткое время, а затем сразу же вводятся", - объясняет Дипольд. "Именно поэтому мы должны были проанализировать это связывание in situ в живых бактериях. Для измерения этих переходных взаимодействий мы использовали два новых подхода, которые работают в живых клетках, - маркировка сближения и отслеживание одиночных частиц".
Метод маркировки приближения, при котором белок, подобно кисточке, помечает своих ближайших соседей, позволил показать, что эффекторы бактерий связываются с подвижными компонентами инъектосомы. Если они встречают эффектор, то связываются с ним, что можно распознать по тому, что они замедляются, и доставляют его к иглам, откуда новый челночный белок отправляется на поиски. Более детально это связывание было изучено с помощью трекинга одиночных частиц - метода микроскопии высокого разрешения, позволяющего следить за отдельными белками в клетках. Эти методы, которые команда называет "биохимией in situ", позволили совершить прорыв.
В дальнейшем исследователи хотят использовать свой метод для изучения других механизмов, с помощью которых бактерии вызывают инфекции. "Чем больше мы будем знать о том, как бактерии используют эти системы во время инфекции, тем лучше мы сможем понять, как мы можем повлиять на них - предотвратить инфекции или модифицировать эти системы, чтобы использовать их в медицине или биотехнологии", - подчеркивает Дипольд.
