Исследователи из имперского колледжа Лондона и Лондонского университета Королевы Марии изобразили основной компонент конъюгации — процесса, при котором бактерии обмениваются ДНК друг с другом. Так они приобретают устойчивость к антибиотикам.
Исследователи в 3D-формате визуализировали ключевой процесс, при котором бактерии приобретают лекарственную устойчивость.
Во время конъюгации бактерии могут обмениваться генетической информацией, она выглядит как фрагменты ДНК. Например, это гены, которые помогают противостоять атакам обычных противомикробных препаратов.
Авторы создали визуализацию, чтобы найти способы остановить этот процесс и уменьшить распространение устойчивости к противомикробным препаратам.
Изучение процесса конъюгации началось еще с 1940-х годов, но атомарные детали, лежащие в основе механизма, были неизвестны.
Результаты нашей работы заложили основу для исследований о том, как между бактериями передается лекарственная устойчивость. Эту информацию также можно использовать, чтобы подавить устойчивость к антибиотикам. Тиаго Коста, сотрудник центра молекулярной бактериологии и инфекций MRC. Хайтек
Исследователи получили изображение основного компонента конъюгации — процесса, который бактерии используют для обмена ДНК друг с другом.
Во время конъюгации бактерии могут обмениваться генетической информацией в виде специальных фрагментов ДНК. Они включают гены, которые помогают им противостоять атакам обычных противомикробных препаратов, что делает многие заболевания, вызванные этими бактериями, устойчивыми к лечению.
Поэтому лучшее понимание конъюгации может позволить ученым найти способы остановить этот процесс и уменьшить распространение устойчивости к противомикробным препаратам. Хотя конъюгация изучается с 1940-х годов, атомные детали, лежащие в основе этого механизма, были неизвестны. Теперь исследователи из Имперского колледжа Лондона и Лондонского университета королевы Марии впервые получили изображение ключевой части этого процесса.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, являются важным шагом вперед в понимании того, как бактерии приобретают устойчивость к лекарствам, и, возможно, как остановить этот процесс.
Команда исследовала бактерии кишечной палочки. Когда бактерия E. coli хочет начать конъюгацию с другой бактерией, она использует систему секреции IV типа (T4SS) — структуру, которая тянется к другой бактерии и проникает в нее. Многие виды бактерий используют T4SS для различных процессов, включая введение токсичных белков в наши собственные клетки во время инфекции или введение токсинов в клетки бактерий-соперников для их уничтожения в конкурентной борьбе за ресурсы.
При конъюгации передаются не токсичные белки, а сегменты свободно распространяющейся ДНК, которые дают бактериям преимущества, включая устойчивость к противомикробным препаратам. Эти сегменты ДНК могут даже переноситься на другие виды бактерий, распространяя устойчивость к лекарствам на новые патогены.
T4SS состоит из трех частей. Команда смогла получить изображение части, называемой комплексом ядра внешней мембраны, который прикрепляет T4SS к бактерии, разделяющей его гены. От этого якоря бактерия посылает пилус — длинную нить, которая цепляется за соседнюю бактерию, которой нужно передать ДНК.
Изображения, полученные с помощью метода криоэлектронной микроскопии, показали, что комплекс ядра внешней мембраны состоит из двух концентрических колец белков с очень гибкими соединительными элементами. Эта структура очень гибкая, что, по мнению исследователей, помогает пилусу выдвигаться и втягиваться, когда он дотягивается до другой бактерии.
Первый автор статьи Химани Амин, также представляющая факультет наук о жизни, сказала: «Наша структура раскрывает новые интересные аспекты комплекса ядра наружной мембраны, демонстрируя замечательную организацию белков внутри него. Это проложит путь к лучшему пониманию передачи генов среди бактерий и может позволить исследователям разработать профилактические терапевтические средства».
Теперь команда хочет получить изображение остальной части конъюгационного T4SS в E. coli, раскрывая его полную функциональность достаточно подробно, чтобы показать ученым, как можно нарушить этот процесс, снизив передачу устойчивости к противомикробным препаратам.
25 ноября 2021