Биоплёнки — это конгломераты бактерий и других организмов, которые вызывают опасения в медицине и других областях, поскольку могут содержать патогены и обладают высокой устойчивостью к лечению. Химики из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) в сотрудничестве с коллегами из Мюнхена и Гронингена изучили, как полисахарид «Pel» — центральный компонент многих биоплёнок — экспортируется из клетки патогеном P. aeruginosa.
В статье, опубликованной в Nature Communications, они описывают структуру так называемого комплекса экспорта PelBC, который представляет собой последнюю станцию в клетке перед высвобождением «Pel».
Бактериальные биоплёнки
Бактериальные биоплёнки — это распространённые агрегаты клеток, которые обеспечивают выживание микроорганизмов в суровых условиях и обладают высокой устойчивостью к механическим и химическим воздействиям. Они могут представлять опасность для человека, когда покрывают поверхности медицинских устройств или поддерживают колонизацию вредных организмов в пищевой промышленности.
Биоплёнки позволяют бактериям обмениваться геномной информацией друг с другом. Это облегчает им развитие устойчивости к антибиотикам, когда устойчивые бактерии передают информацию об устойчивости другим видам. Они также облегчают поглощение питательных веществ.
Исследование механизмов формирования биоплёнок
Когда патогенные бактерии образуют биоплёнки, важно понять, какие механизмы играют роль в их формировании. Исследовательская группа HHU «Синтетические мембранные системы» под руководством профессора доктора Алексея Кедрова сотрудничала с коллегами из Людвиг-Максимилианского университета (LMU) в Мюнхене и Университета Гронингена в Нидерландах, чтобы изучить это. Они сосредоточились на патогене Pseudomonas aeruginosa (для краткости: P. aeruginosa), который может вызывать пневмонию, инфекции мочевыводящих путей и менингит у людей. Патоген устойчив ко многим антибиотикам и является ключевым так называемым «госпитальным микробом».
Профессор Кедров утверждает: «Чтобы формировать биоплёнки, бактерии синтезируют и экспортируют различные биополимеры, прежде всего полисахариды — специфические цепочки сахара. Несмотря на десятилетия исследований, знания о том, как происходит синтез или транспорт, остаются ограниченными. Мы сосредоточились на полисахариде «Pel», который продуцируется P. aeruginosa».
Производство Pel требует белкового механизма, состоящего из нескольких субъединиц, который пересекает две мембраны. «Однако до сих пор ни структура механизма, ни его динамика не были известны. С помощью криоэлектронной микроскопии мы можем разрешить структуру комплекса PelBC в липидных мембранах и определить путь полисахарида Pel», — говорит Кедров.
Мариус Бенеденс, ведущий автор, добавляет: «Наше исследование показывает, как электростатические взаимодействия используются в природе для сборки экспортного комплекса и обеспечения транспорта полисахарида. Однако для выживания клетки пора не может оставаться постоянно открытой для транспорта. Поэтому необходимо небольшое конформационное изменение в конце этой поры — своего рода крошечные ворота».
«Интересно видеть организацию сложной структуры в таких деталях. Среди прочего, это показывает, как природа решает задачи проектирования белков, например, соединение симметричного кольца субъединиц PelC с асимметричным каналом PelB. Возможно, наши результаты можно использовать для блокирования экспорта Pel целенаправленным образом и таким образом подавлять формирование биоплёнок», — говорит Кедров.
На следующем этапе исследовательская группа намерена подробно изучить этот процесс экспорта. Также будет более подробно изучен другой вовлечённый белковый комплекс, который отвечает за синтез Pel в цитоплазме клетки и его транспорт через внутреннюю мембрану.
Предоставлено Университетом Генриха Гейне в Дюссельдорфе.