Новости

Эпидемия. Пандемия. Эти термины стали для нас привычными, встречаются в повседневном разговоре, и не зря - COVID-19 является пандемией, представляющей угрозу для человечества. Но в последние месяцы гораздо меньше внимания уделяется другой широко распространенной проблеме, которая увеличивается с конца 1970-х годов - болезни Лайма.     Брэндон Ютрас из Virginia Tech и его сотрудники недавно обнаружили еще одну недостающую часть головоломки болезни Лайма.     "Это открытие углубляет наше понимание того, как Borrelia burgdorferi вызывает заболевание", - говорит Мари Дэвис, ведущий автор статьи. "Оно свидетельствует о том, насколько уникальна эта бактерия, и о том, что нам необходимо продолжать работу, чтобы лучше понять, что происходит за кулисами и разработать в методы диагностики и лечения". Результаты исследования были недавно опубликованы в PLOS Pathogens, рецензируемом медицинском журнале с открытым доступом.    Почти все бактерии, включая бактерию, вызывающую болезнь Лайма, имеют что-то типа внутреннего сетчатого мешочка, чтобы защитить внутреннюю оболочку своих стенок. Этот компонент клеточной стенки известен как пептидогликан. В 2019 году Ютрас идентифицировал пептидогликан Borrelia burgdorferi, как вероятного виновника воспаления и артрита Лайма, наиболее распространенного симптома поздней стадии болезни Лайма.    Предыдущие исследования Ютраса показали, что пептидогликан у Borrelia burgdorferi выявляется в организме пациентов с артритом Лайма. От нескольких недель до нескольких месяцев после первоначального инфицирования пептидогликан вызывает воспаление и болевой синдром. В последнем исследовании, лаборатория обнаружила белок, связанный с пептидогликаном Borrelia burgdorferi, и который играет роль усилителя в возникновении воспаления у пациентов с артритом Лайма, действуя как молекулярный маяк, который антагонизирует иммунную систему пациентов.    Используя протеомику и масс-спектрометрию, исследователи идентифицировали этот белок, названный NapA (Neutrophil Attracting Protein A). NapA является замечательной иммуномодулирующей молекулой, которая способна привлекать нейтрофилы к пептидогликану. "NapA - это еще один кусочек постоянно меняющейся головоломки; похоже, что он играет основную роль в повседневной жизни бактерий, помогая протективным свойствам пептидогликана, но в то же время он работает как хитроумный белок, способный обмануть нашу иммунную систему", - говорит Ютрас. "Коварство NapA осуществляется двумя способами: на ранних стадиях инфекции, когда бактерии умирают и высвобождают NapA и пептидогликан, он действует как приманка для привлечения иммунных клеток, что позволяет еще жизнеспособным бактериям спастись. На более поздних стадиях болезни он может действовать для привлечения иммунных клеток к пептидогликану - молекуле, способной вызвать воспаление и артрит", - говорит Ютрас.    Чтобы определить, как NapA привлекает нейтрофилы, Ютрас обратился к Кэролайн Джонс, чья лаборатория специализируется на изучении хемоаттракции нейтрофилов. Джонс поместила нейтрофилы в центр микрофлюидного чипа, который представляет собой лабиринт, по которому блуждают клетки. На одной из сторон чипа находился чистый пептидогликан, на другой - пептидогликан с NapA. Джонс и Ютрас показали, что нейтрофилы быстро мигрируют в сторону с NapA, доказывая, что белок способен подавать химические сигналы, которые привлекают нейтрофилы в его направлении.    "С точки зрения профилактики и диагностики, возможно, что сочетание пептидогликана и NapA может стать новой мишенью для диагностики", - говорит Ютрас. "Теоретически, это может стать возможным направлением для разработки вакцины. Это большие возможности, которые мы активно изучаем. Одно мы знаем наверняка: этот результат углубляет наше понимание того, как пептидогликан может вызывать симптомы Лайм-артрита у пациентов". Marisela M. Davis et al. Пептидогликан-ассоциированный белок NapA играет важную роль в целостности оболочки спирохет и в патогенезе болезни Лайма (аннотация).    Бактериальный патоген, вызывающий болезнь Лайма, Borrelia burgdorferi, является атипичной грамотрицательной спирохетой, которая передается человеку через укус инфицированного иксодового клеща. Пептидогликан (ПГ) находится между внутренней и внешней мембраной клеточной оболочки. У многих других грамотрицательных бактерий ПГ связан с белком (белками), которые обеспечивают структурную целостность слоев оболочки.    В данном исследовании мы приводим доказательства существования пептидогликан-ассоциированного белка (PAP) у B. burgdorferi. Используя беспристрастный подход к протеомике, мы идентифицировали нейтрофил-привлекающий белок A (NapA) как PAP. Интересно, что NapA является гомологом Dps, который обычно функционирует для связывания и защиты клеточной ДНК от повреждения во время стресса. Хотя известно, что NapA B. burgdorferi участвует в реакции окислительного стресса, в нем отсутствуют критические фрагменты, необходимые для связывания ДНК.    Биохимические и клеточные исследования показывают, что NapA локализован в периплазме B. burgdorferi и действительно является PAP. Криоэлектронная микроскопия показывает, что мутантные бактерии, не способные продуцировать NapA, имеют структурные аномалии. Дефекты целостности клеточной стенки влияют на скорость роста и приводят к тому, что napA-мутант более восприимчив к осмотическим и ПГ-специфическим стрессам. ПГ, связанный с NapA, секретируется в везикулах наружной мембраны и увеличивает продукцию IL-17 по сравнению с одним только ПГ. Используя микрофлюидику, мы продемонстрировали, что NapA действует как молекулярный маяк, усиливая патогенные свойства ПГ B. burgdorferi.    Эти исследования углубили наше понимание клеточной оболочки B. burgdorferi, предоставили важную информацию, лежащую в основе патогенеза, и показали, как высококонсервативный бактериальный белок может эволюционировать, сохраняя при этом биологическую функцию.

Новое исследование показывает, что эукариотические рибосомы могут быть модифицированы таким образом, чтобы реагировать на антибиотики так же, как и прокариотические рибосомы.    По мнению исследователей из Университета Иллинойса в Чикаго, антибиотики, используемые для лечения распространенных бактериальных инфекций, могут также использоваться для лечения других заболеваний человека, например, рака. Теоретически, по крайней мере.    Как указано в новом исследовании Nature Communications, ученым удалось показать в лабораторных экспериментах, что эукариотические рибосомы могут быть модифицированы, чтобы реагировать на антибиотики так же, как и прокариотические рибосомы.    Грибы, растения и животные - такие как человек - являются эукариотами; они состоят из клеток, имеющих четко выраженное ядро. Бактерии, с другой стороны, являются прокариотами. Они состоят из клеток, у которых нет ядра и которые имеют другую структуру, размер и свойства. Рибосомы эукариотических и прокариотических клеток, которые отвечают за синтез белка, необходимого для роста и размножения клеток, также отличаются.    "Некоторые антибиотики, используемые для лечения бактериальных инфекций, действуют интересным образом. Они связываются с рибосомой бактериальных клеток и очень избирательно ингибируют синтез белка. Некоторые белки могут производиться, а другие - нет", - говорит старший автор исследования Александр Манкин. "Без производства этих белков бактерии погибают". Когда люди используют антибиотики для лечения инфекции, клетки пациента не страдают, потому что эти препараты не предназначены для связывания с отличающимися по форме рибосомами эукариотических клеток.   "Поскольку существует множество заболеваний человека, вызванных экспрессией нежелательных белков - это характерно, например, для многих видов рака или нейродегенеративных заболеваний - мы хотели узнать, возможно ли использовать антибиотик, чтобы остановить человеческую клетку от производства нежелательных белков, и только их", - рассказывает Манкин. Чтобы ответить на этот вопрос, Манкин и первый автор исследования Максим Светлов обратились к дрожжам - эукариотам, как и клетки человека.Исследовательская группа, в которую входили партнеры из Германии и Швейцарии, проделала "прикольный трюк", - говорит Манкин. "Мы сконструировали дрожжевую рибосому так, чтобы она стала более похожа на бактериальную".    Группа Манкина и Светлова использовала биохимию и тонкую генетику для изменения одного нуклеотида из более чем 7000 в рибосомальной РНК дрожжей, что было достаточно для того, чтобы макролидный антибиотик, который действует путем связывания с бактериальными рибосомами - действовал на дрожжевую рибосому. Используя эту модель, исследователи применили геномное профилирование и структурный анализ высокого разрешения, чтобы понять, как синтезируется каждый белок в клетке и как макролид взаимодействует с дрожжевой рибосомой.    "Благодаря этому анализу мы поняли, что в зависимости от специфической генетической сигнатуры белка - наличия "хорошего" или "плохого" сиквенса - макролид может остановить его производство на эукариотической рибосоме или не может", - говорит Манкин. "Концептуально это показало нам, что антибиотики можно использовать для избирательного ингибирования синтеза белка в клетках человека и применять для лечения заболеваний, вызванных "плохими" белками".    Эти эксперименты представляют собой плацдарм для дальнейших исследований. "Теперь, когда мы знаем, что концепции работают, мы можем искать антибиотики, способные связываться в немодифицированных эукариотических рибосомах, и оптимизировать их для ингибирования только тех белков, которые вредны для человека", - отметил Манкин. Maxim S. Svetlov et al. Контекст-специфическое действие макролидных антибиотиков на эукариотическую рибосому (аннотация).   Макролидные антибиотики связываются в выходном туннеле зарождающегося пептида бактериальной рибосомы и предотвращают полимеризацию определенных аминокислотных последовательностей, избирательно ингибируя трансляцию подмножества белков. Поскольку предотвращение трансляции отдельных белков может быть полезным для лечения заболеваний человека, мы задались вопросом, сохранят ли макролиды, если они будут связаны с эукариотической рибосомой, свое действие, специфичное для контекста и белка. Внеся одну мутацию в рРНК, мы сделали клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae чувствительными к макролидам.  Крио-ЭМ структурный анализ показал, что макролид телитромицин связывается в туннеле сконструированной эукариотической рибосомы. Геномный анализ клеточной трансляции и биохимические исследования показали, что препарат ингибирует эукариотическую трансляцию, преимущественно останавливая рибосомы в определенных мотивах сиквенса. Контекст-специфическое действие заметно зависит от структуры макролида. Устранение из белка мотивов, блокирующих макролиды, делает его трансляцию толерантной к макролидам.   Наши данные открывают перспективы адаптации макролидов для селективного ингибирования трансляции белков в эукариотических клетках.