Изучены белки паразитических бактерий для борьбы с болезнями сельскохозяйственных растений
Заболевания растений, вызываемые микоплазмами — патогенными микроорганизмами — трудно поддаются лечению и наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Молодые ученые Института цитологии РАН и Казанского (Приволжского) федерального университета исследовали белки теплового шока, которые могут стать мишенью новых препаратов для борьбы с возбудителями микоплазмозов. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ), результаты опубликованы в RSC Advances.
Одна из самых распространенных и устойчивых к стрессам микоплазм — Acholeplasma laidlawii, единственная, которая может жить без организма-хозяина. Ахолеплазма, как и ее ближайшие родственники — фитоплазмы — является фитопатогеном, например риса посевного или гороха посевного. У фитоплазм нет клеточной стенки, а их геном минимален.
Ахолеплазма и фитоплазмы чувствительны, например, к таким антибиотикам, как тетрациклин и гентамицин. Но эти препараты не убивают микроорганизм, а заглушают его активность. Как только атака антибиотиками прекращается, рост бактерий может возобновиться. Ахолеплазма не умирает даже в холодильнике и способна заражать порошки для приготовления питательных сред для бактерий. Поэтому подавление вызванных Acholeplasma laidlawii и фитоплазмами инфекций представляет в мировой науке серьезную проблему.
Российские ученые исследовали поведение белка микоплазмы, который участвует в фундаментальных клеточных процессах бактерии, выращенной в оптимальных и стрессовых условиях (тепловой, холодовой шок, окислительный стресс).
"Мы предположили, что мишенью при разработке высокоэффективных средств для борьбы с микоплазмами может служить так называемый малый белок теплового шока, который является ключевым элементом шаперонной, защитной, сети в микоплазме. При стрессе он вырабатывается клетками A. laidlawii в наибольшем количестве", — рассказал Иннокентий Вишняков, руководитель проекта по гранту РНФ, старший научный сотрудник, руководитель группы молекулярной цитологии прокариот и бактериальной инвазии Института цитологии РАН (Санкт-Петербург).
Механизм работы белков теплового шока (БТШ) хорошо виден при подъеме температуры окружающей среды, и, соответственно, самой клетки выше оптимальной. При нагревании некоторые белки разворачиваются, теряя свою структуру, и образуют агрегаты, а при понижении — могут свернуться обратно, но неправильно. Это помешает их нормальной работе. БТШ в этой системе выполняют функции внутриклеточных помощников, задача которых — сохранить возможность восстановления структуры других белков после окончания стресса и, если это не удается, отправить "сломанный" белок на утилизацию. Таким образом, белки теплового шока играют важную роль в спасении клетки. Малые белки теплового шока (мБТШ) при этом являются белками "скорой помощи", первыми реагирующими на стресс агентами мультишаперонной сети. Но если нарушить их работу, бактерия может стать уязвимой.
Расшифровать механизм работы мБТШ A. laidlawii ученым удалось благодаря проведению ряда исследований, используя стандартные методы генной инженерии (создание генетических векторов, содержащих гены природного мБТШ и его измененных форм); молекулярного клонирования (внесения чужеродной ДНК, например тех же векторов, в клетку); аффинной хроматографии (метод очистки и разделения белков).
Чтобы посмотреть, какие именно структуры формирует белок внутри микоплазмы, его "сшивали" при помощи глутаральдегида, а потом разрушали клетки, определяя размер получившихся комплексов. Какие участки мБТШ влияют на его шаперонную функцию, ученые выясняли, сравнивая работу его природной и мутантных форм с помощью методов со-осаждения и поверхностного плазмонного резонанса. Суть первого состоит в том, чтобы "поймать" (как на удочку) белки-партнеры, взаимодействующие с исследуемым белком и связанным его носителем в колонке. Таким способом можно установить, с какими вариантами мутантных мБТШ будет взаимодействовать какой-нибудь модельный белок, и определить критически важные участки мБТШ, которые позволят ему спасать белки в клетке. Вторая методика — это измерение взаимодействий между молекулами с помощью оптических биосенсоров и отражения света от границы двух сред. То есть метод позволяет изучать белки, обладающие оптической плотностью в видимом диапазоне электромагнитного излучения.
В результате комплексного исследования малого белка теплового шока ахолеплазмы ученым стал ясен механизм его работы, и это открывает новые возможности для поиска способов его блокирования.