Новости

Ученые описали пространственную структуру белка OmhA, который помогает бактериям, живущим при высоких температурах и в отсутствие кислорода, получать энергию в результате внеклеточного переноса электронов на нерастворимые минеральные соединения железа.     Белок состоит из двух частей, одна из которых отвечает за перенос электронов, а вторая - обеспечивает закрепление OmhA в бактериальной оболочке. Микроорганизмы активно участвуют в преобразовании разных форм железа, в том числе, в формировании минеральных пластов. Таким образом, полученные данные расширяют представления о формировании горных пород и, в частности, круговороте железа в природе. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и выполняемого в рамках национального проекта «Наука и университеты», опубликованы в журнале Structure.    Дыхание — это процесс, благодаря которому клетки получают энергию. В дыхательном процессе участвуют белковые комплексы, формирующие дыхательную цепь, по которой передаются электроны. Конечным акцептором электронов у растений, животных и многих микроорганизмов служит кислород. Именно поэтому мы не можем жить в его отсутствие. Однако существуют бактерии, обитающие в бескислородных средах. Эти микроорганизмы в качестве акцептора электронов могут использовать окисленные соединения серы, азота, а также нерастворимые оксиды металлов, находящиеся во внеклеточном пространстве. Перенос электронов на нерастворимые оксиды металлов в дыхательных процессах называется бактериальной металлоредукцией. Наиболее распространенным является процесс бактериальной железоредукции, где акцепторами электронов являются минеральные формы оксидов железа, такие как ферригидрит, гематит, гетит. Таким образом, бактерии активно участвуют в формировании каменной оболочки планеты.    Ключевую роль в переносе электронов от клетки на внеклеточный акцептор или между двумя клетками выполняют мультигемовые цитохромы - белковые молекулы, содержащие от 4 до 25 и более гемов - железосодержащих комплексов, которые отвечают за перенос электронов. К настоящему моменту известно множество бактериальных цитохромов, участвующих во внеклеточном транспорте электронов. Структура и механизм их работы зависит от строения бактериальной стенки и природы акцептора.    Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН (Москва) описали свойства и пространственную структуру 11-гемового цитохрома OmhA из бактерии Carboxydothermus ferrireducens, которая обитает в богатых железом горячих источниках и использует нерастворимые соединения железа в качестве акцепторов электронов в дыхательных процессах.    Авторы показали, что молекула OmhA является димером, в котором каждый мономер состоит из двух доменов, один из которых, содержащий все 11 гемов, отвечает за перенос электронов из клетки через внеклеточное пространство на нерастворимый акцептор – ферригидрит. Помимо переноса электронов на ферригидрит, OmhA может переносить электроны на нитрит и гидроксиламин, а также на растворимые низкомолекулярные переносчики флавиновой природы. Широкий круг используемых акцепторов может расширять адаптационный потенциал бактерии в условиях изменения среды обитания. Анализ пространственной структуры позволил выделить несколько групп гемов, в том числе гемы, отвечающие за вход электронов в электрон-транспортную цепь, гемы, формирующие электрон-транспортную цепь, и гемы, отвечающие за взаимодействие и перенос электронов на акцепторы.    Второй домен имеет строение, похожее на строение белков, формирующих специальный белковый слой на внешней поверхности клетки, отвечающий за связывание и распределение функционально важных внеклеточных белков. Встраивание этого домена в белковый слой обеспечивает закрепление и функционально правильное расположение электрон-транспортной цепи первого домена относительно других белков - доноров электронов в клетке бактерии. Таким образом, авторам удалось охарактеризовать цепь переноса электронов от поверхности клетки к внеклеточному акцептору.    «Нам удалось установить пространственное строение одного из основных белков экстраклеточного электронного транспорта термофильной бактерии Carboxydothermus ferrireducens, а также установить механизмы связывания этого белка с поверхностью клетки и поверхностью минеральной формы акцептора электронов - ферригидрита», — рассказывает заведующий лабораторией инженерной энзимологии, научный руководитель ФИЦ Биотехнологии РАН, академик В.О. Попов.

Микробиологи ФИЦ Биотехнологии РАН проанализировали, как вирусное заражение влияет на популяции бактерий.     Такое взаимодействие давно вышло за рамки отношений «хищник-жертва» или «хозяин-паразит»: неклеточные враги порой оказываются регуляторами колоний, обеспечивая их процветание. Исследование опубликовано в International Journal of Molecular Sciences.    Открытые больше века назад, бактериофаги, они же вирусы бактерий, стали популярной моделью, на которой ученые узнавали и продолжают узнавать больше о вирусах в целом. Их способность убивать микроорганизмы привлекла внимание как возможный подход к борьбе с бактериальными инфекциями растений, животных и человека. Также с их помощью можно добавить в клетку какие-либо полезные гены, ведь выяснилось, что бактериофаги могут способствовать обмену генетической информацией между разными бактериями.     Это натолкнуло исследователей на мысль о том, что взаимоотношения микроорганизмов и их патогенов не ограничивается лишь паразитическими или хищническими отношениями — вероятно, вирусы могут даже помогать колониям. Этот вопрос в своей новой работе рассмотрели сотрудники Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (Москва). Они сосредоточились на том, как фаги влияют не на клетку в отдельности, а на все сообщество сразу.    «Микробные популяции, особенно находящиеся в очень ограниченном общем пространстве, по-видимому, ведут себя кооперативно, координируя свои реакции в ответ на различные раздражители и ведя себя как псевдоткань. Реакция таких систем на вирусную инфекцию, вероятно, выходит за рамки каждой клетки или даже вида, самостоятельно борющегося с атакой фага», — рассказывает один из авторов научной статьи Мария Летарова, научный сотрудник лаборатории вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.    Когда популяция микроорганизмов, например биопленка, заражается вирусом, «заболевают» не сразу все клетки, и у тех, кого патоген еще не успел затронуть, есть возможность подготовиться и противостоять ему. Также могут произойти изменения, некоторые из которых делают популяцию даже сильнее или, напротив, слабее. Возникающие при этом «эффекты физиологии выживших» обусловлены влиянием нескольких факторов.    Большое значение имеет плотность популяции бактерий. В одних случаях патоген будет разрушать клетки только в местах их скопления, тем самым прореживая пленку, но при этом делая ее даже стабильнее, в других — будет агрессивнее в малочисленных сообществах, после уничтожения которых он и сам погибнет, и подождет, пока жертв станет больше и они смогут обеспечить жизнь многих его потомков.    Влиять на бактерий могут сами фаговые частицы или их фрагменты. Так, разрушающие их защитные оболочки ферменты способны не только сделать незараженные клетки более легкой добычей для еще не дошедшего до них патогена, но нарушить архитектуру общего матрикса биопленки, снижая ее устойчивость. В результате могут погибнуть даже невосприимчивые к конкретному фагу микроорганизмы. Вместе с тем, есть вирусы, которые не проникают в клетку, а закрепляются на ее поверхности и служат для нее дополнительными «крючками» для прикрепления. Иные встраиваются в клеточную мембрану, изменяя ее свойства и делая ее, например, менее чувствительной к высыханию.    «Понимание того, как вирусная инфекция влияет на бактерий, важно не просто с фундаментальной точки зрения. Изменившееся вследствие воздействия бактериофагов бактериальное сообщество может обладать новыми, подчас неожиданными свойствами, которые могут быть не всегда приятны. Поэтому для целей безопасного практического применения бактериофагов, например, фаговой терапии, полезно уметь определять “эффекты физиологии выживших” заранее, чему мы и планируем посвятить наши новые исследования», — комментирует Андрей Летаров, д.б.н., заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.