Обнаружение сульфидов на основе гема у бактерий: новая мишень для антибиотиков

от

Японские исследователи сообщают, что связывание гема с фактором транскрипции бактерий имеет решающее значение для передачи сигналов сероводорода (H₂S). Связывание гема способствует реакции H₂S с фактором транскрипции, что приводит к структурным изменениям, регулирующим устойчивость бактерий к стрессу.

Механизм бактериальной устойчивости

Описанный в исследовании механизм объясняет устойчивость бактерий к антибиотикам через обнаружение H₂S и подчёркивает ранее неизвестную роль гема в передаче сигналов в клетке. Нарушение этого механизма может стать основой для разработки новых стратегий антибиотикотерапии против устойчивых к лекарствам инфекций.

Бактерии и их чувствительность к сигналам окружающей среды

Бактерии — удивительные микроорганизмы, способные обнаруживать сигналы окружающей среды и реагировать на них через изменения в метаболизме, экспрессии генов или физиологии. Сероводород (H₂S) — небольшой природный газ с одним атомом серы — является одной из таких сигнальных молекул, играющих жизненно важную роль в выживании бактерий и их устойчивости к стрессу.

Несмотря на важность H₂S, механизмы его обнаружения и использования бактериями остаются неясными.

Исследование механизмов регуляции генетической активности

Группа исследователей под руководством профессора Синдзи Масуды и студента магистратуры второго курса Рёмы Иваты из Института науки Токио, Япония, провела исследование, чтобы выявить точные молекулярные механизмы, с помощью которых передача сигналов H₂S регулирует генетическую активность в бактериях.

Результаты, опубликованные в Redox Biology, дают ключевое представление о передаче сигналов в бактериях.

Используя комбинацию биохимических экспериментов и структурных и функциональных исследований, учёные провели детальный анализ факторов транскрипции (ДНК-связывающих белков, регулирующих экспрессию генов) в ответ на H₂S. Факторы транскрипции — в частности, SqrR, присутствующий в Rhodobacter capsulatus, и YgaV в Escherichia coli — были проанализированы как в присутствии, так и в отсутствие гема (железосодержащей молекулы) и кислорода.

Открытие механизма регуляции

Команда обнаружила, что, когда H₂S попадает в бактериальную клетку, связанный с фактором транскрипции гем катализирует реакцию, преобразующую H₂S в другую серосодержащую молекулу, называемую полисульфидом. Полисульфиды характеризуются наличием внутримолекулярных связей S–S и обладают высокой реакционной способностью по отношению к белкам.

Таким образом, когда H₂S превращается в полисульфид, он легко вступает в реакцию с фактором транскрипции в присутствии кислорода, образуя тетрасульфидный (S–S–S–S) мостик между остатками цистеина в белке. Эта тонкая модификация имеет решающее значение для специфической активности фактора транскрипции.

«Гем не только обнаруживает H₂S, но и запускает химическую реакцию в белке, которая напрямую влияет на контроль генов», — говорит Масуда, подчёркивая тем самым критическую роль гема в выживании бактерий.

После модификации факторы транскрипции теряют способность связываться с определёнными молекулами ДНК, что приводит к повышенной экспрессии генов, участвующих в метаболизме сульфидов, анаэробном дыхании и устойчивости к окислительному стрессу. Это, в свою очередь, способствует устойчивости к антибиотикам и помогает бактериям выживать.

Однако есть нюанс: в отсутствие кислорода связывание гема блокирует окислительную реакцию и предотвращает модификацию факторов транскрипции полисульфидами, подавляя сигналы сульфидов в условиях дефицита кислорода.

В целом, эти результаты знаменуют собой важный этап в молекулярной науке, изменяя наше понимание роли гема в биологии. Хотя гем в основном известен тем, что переносит кислород в гемоглобине и участвует в производстве клеточной энергии, это исследование раскрывает, как он может служить катализатором для точных химических модификаций, регулирующих экспрессию генов.

Подчёркивая значимость этого исследования, Масуда говорит: «Поскольку этот механизм сильно отличается от других хорошо известных механизмов защиты бактерий, его нацеливание может привести к созданию новых антибиотиков и предложить новый подход к преодолению устойчивости к антибиотикам».

В будущем исследователи планируют изучить, действуют ли аналогичные системы обнаружения на основе гема в других бактериях или реагируют ли они на другие сигнальные молекулы. Понимание этих путей может открыть совершенно новые стратегии борьбы с устойчивостью к антибиотикам — одной из самых насущных проблем современной медицины.

Предоставлено Институтом науки Токио.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте