В том, что они назвали «удивительным» открытием, исследователи из Медицинского центра Джона Хопкинса, изучающие бактерии из пресноводных озер и почвы, говорят, что они определили важную роль белка в поддержании формы микроорганизма. И поскольку целостность оболочки бактериальной клетки является ключом к ее выживанию, открытие может продвинуть поиск новых и лучших антибиотиков.
Исследование группы предполагает, что потеря белка OpgH в широко изученной грамотрицательной бактерии Caulobacter crescentus создает каскад активности, который нарушает клеточную оболочку, защищающую микроорганизм, что приводит к гибели клетки. OpgH — это фермент, который создает молекулы, содержащие глюкозу, известные как осморегулируемые периплазматические глюканы, OPG, которые являются важным компонентом желатинового промежуточного пространства защитной клеточной оболочки.
«В наших экспериментах, когда мы избавляемся от белка OpgH в бактериях Caulobacter , который останавливает выработку молекул сахара OPG, бактерии не могут выжить», — говорит Эрин Голи, доктор философии, профессор биохимии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса.
Бактерии Caulobacter crescentus , как правило, не считаются причиной заболеваний, но OPG, в изобилии встречающиеся у грамотрицательных бактерий, имеющих эту оболочку, похожую на оболочку, играют роль в устойчивости к антибиотикам и исходах заболеваний. В результате, усилия по лучшему пониманию роли молекул сахара в грамотрицательных бактериях, таких как Caulobacter, могут в конечном итоге помочь ученым разработать новые препараты, нацеленные на болезнетворные бактерии, имеющие OPG, включая Brucella , Pseudomonas , Salmonella и E.coli .
Если будет обнаружено, что белки, которые производят или модифицируют эти молекулы сахара OPG, необходимы для выживания бактерий, отмечает Голи, они могут стать хорошими мишенями для антибиотиков. Или, в организмах, где OPG не являются необходимыми, препарат, нацеленный на некоторую часть пути OPG, может сенсибилизировать клетки к существующим антибиотикам.
Голи является старшим автором опубликованной группой статьи в mBio под названием « OpgH — важный регулятор морфологии Caulobacter ». В своем отчете авторы пришли к выводу: «Поскольку целостность клеточной оболочки имеет решающее значение для выживания бактерий, понимание того, как активность OpgH способствует морфогенезу и поддержанию целостности оболочки, может помочь в разработке антибиотикотерапии».
Бактерии населяют впечатляющий диапазон сред и могут адаптироваться к внезапным изменениям условий окружающей среды, пишут авторы. «Одним из параметров, который может значительно различаться в разных нишах, является осмолярность, варьирующаяся от разбавленных пресноводных местообитаний до высококонцентрированной почвы». Caulobacter crescentus хорошо зарекомендовал себя как модель физиологической адаптации в условиях изменяющейся среды и имеет особые клеточные структуры и процессы, способствующие его выживанию.
«В частности, оболочка бактериальной клетки служит физическим барьером между клеткой и ее окружением», — заявила команда. Оболочка клетки состоит из внутренней и внешней клеточных мембран и периплазмы между ними. Внутри периплазмы находится клеточная стенка из пептидогликана (PG), которая придает клетке структуру и форму. «В дополнение к клеточной стенке некоторые бактерии также производят полимеры глюкозы в периплазме, называемые осморегулируемыми периплазматическими глюканами (OPG, также называемые олигосахаридами мембранного происхождения)», — далее пояснили авторы.
В своих исследованиях ученые использовали молекулярный инструмент, называемый индуцируемым промотором, который позволил им снизить присутствие белка OpgH в Caulobacter и наблюдать влияние на форму клетки.
Команда также обнаружила, что потеря OpgH влияет на сигнальный путь, известный как CenKR, который определяет и устраняет дефициты в клеточной оболочке. Затем они манипулировали клетками Caulobacter , чтобы они производили слишком много белка CenR, эффективно гиперактивируя путь CenKR, отвечающий за регулирование формы клеточной оболочки.
После набора уровня белков OpgH или CenR ученые помещали бактериальные клетки на слой геля, который не давал им двигаться. Они использовали специализированный микроскоп для наблюдения за формой и активностью клеток. «Потеря OpgH вызывает асимметричное выпячивание клеток и лизис посредством неправильной регуляции локализации и активности морфогенетических комплексов», — отмечают они. «Сверхактивация двухкомпонентной системы CenKR, участвующей в гомеостазе оболочки, фенокопирует истощение OpgH, что позволяет предположить, что истощение OpgH активирует CenKR».
Голи объяснил: «Мы обнаружили, что они деформировались, когда мы снизили уровень белка OpgH и остановили производство молекул сахара OPG или гиперактивировали сигнальный путь CenKR, который поддерживает оболочку клетки. Затем мы также посмотрели, где были расположены некоторые молекулярные игроки, которые помогали выращивать клетку и сохранять ее форму. Молекулярные игроки находились не в правильных местах, что предполагает, что OpgH и CenR являются неотъемлемой частью поддержания формы клетки». Авторы добавили: «В конечном итоге мы определили, что фенотип выпячивания обусловлен истощением OpgH под действием cenR».
И как только оболочка клетки теряет свою форму, все бактерии в конечном итоге лопаются и погибают. «Мы создали модель того, как истощение OPG или активация сигнального пути влияет на форму и рост клеток», — заявил Голи.
Хотя характеристика роли молекулы сахара в структуре клетки Caulobacter является важным первым шагом, Голи предупредил, что «потребуется некоторое время, чтобы составить полную картину того, как они функционируют среди грамотрицательных видов бактерий».
У Caulobacter молекулы сахара напоминают замкнутые кольца, а у E. coli они выглядят как деревья с ветвями, торчащими из цепочечных структур. Голи признал, что понимание формы и всех украшений, которые ассоциируются с молекулами, может помочь исследователям охарактеризовать клеточную оболочку .
«На следующем этапе исследований мы надеемся изучить все ферменты, которые создают, декорируют и разрушают эти молекулы, чтобы мы могли получить полную картину их метаболизма и того, как они поддерживают клеточную оболочку», — отметил Голи. «Как только мы выясним, как функционируют эти ферменты, это будет здорово, потому что именно на это можно воздействовать с помощью лекарств».
Авторы пришли к выводу: «Мы установили, что OpgH и, вероятно, продукция OPG играют решающую роль в морфогенезе Caulobacter и работают совместно с CenKR для поддержания целостности клеточной оболочки… Наши результаты установили фундаментальную гомеостатическую роль важного гомолога OpgH и раскрыли новую связь между клеточной морфологией пути OPG и CenKR, которая созрела для будущих исследований».
Источник: genengnews.com
Добавить комментарий