Ученые поражены: бактерии способны удалять токсичные металлы из клеток

Группа ученых из Корнельского университета использовала генную инженерию с целью более глубокого понимания антибактериальных методов лечения. Для этого ими была выбрана молекула для количественного определения белка. В ходе эксперимента выяснилось, что бактерии обладают неизвестными ранее защитными свойствами.

Например, с помощью сложной серии взаимодействий они могут идентифицировать и затем создавать устойчивость к токсичным химическим веществам и металлам, таким как серебро и медь. Ранее считалось, что подобный механизм защиты могут создать только антибиотики.

У бактерии E.coli белок CusS сенсора внутренней мембраны мобилизуется из кластерной формы при обнаружении ионов меди в окружающей среде. CusS рекрутирует белок регулятора транскрипции CusR и затем расщепляет до фосфорилирования CusR, который затем активирует экспрессию генов, помогая клетке защищаться от токсичных ионов меди.

Выяснилось, что устойчивость бактерий на самом деле является работой команды тегов, когда два белка работают вместе внутри клетки. Один белок (CusS) во внутренней мембране обнаруживает присутствие химического вещества или металла и посылает сигнал белку-регулятору (CusR) в цитозоле или межклеточной жидкости. Белок-регулятор связывается с ДНК и активирует ген, который генерирует транспортные белки, которые очищают клетку от токсинов.

Как правило, ученые анализируют эти функции с помощью биохимических анализов, которые удаляют белок из клетки. Однако этот процесс не позволяет ученым наблюдать за белками в их естественной среде, и некоторые детали, такие как пространственное расположение между белками, остаются неясными.

Для более глубокого анализа команда ученых использовала визуализацию отдельных клеток, посредством чего они маркировали отдельные белки в живой кишечной палочке флуоресцентным сигналом и отображали белки по одному, отслеживая их движения. Процедура дала миллионы изображений и, в конечном счете, детализированную, качественную карту движения белков.

Команда исследователей была особенно заинтересована в деятельности сенсорных белков, которые бывают двух видов: те, которые собираются вместе, и те, которые движутся вокруг внутренней мембраны. Исследователи обнаружили, что, когда кишечная палочка сталкивается с медью, количество подвижных разновидностей сенсорных белков увеличивается, а доля кластеров уменьшается.

Таким образом, выяснилось, что мобилизованные сенсорные белки взаимодействуют с белком-регулятором и инициируют сложную серию — от связывания меди до связывания и расщепления соединений, которое в конечном итоге приводит к экспрессии генов. Под воздействием этого процесса и происходит полное вымывание металла из клетки.