Сотрудники лаборатории структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ совместно с коллегами из Нидерландов, США и Швеции получили структуру белка, ответственного за импорт витамина B12 в клетку возбудителя туберкулеза человека.
Объяснено как бактерия туберкулеза импортирует витамин В12, необходимый ей для размножения / ©simptomyinfo.ru
Результаты работы опубликованы в журнале Nature. Витамин В12 (кобаламин) жизненно необходим патогенной бактерии для пролиферации, разрастания путем размножения клеток. Возбудитель туберкулеза человека Mycobacterium tuberculosis в принципе может синтезировать данный витамин, однако это процесс очень энергозатратный, поэтому он предпочитает импорт В12 из своего окружения. Существует прямая связь между поглощением витамина клетками бактерии и развитием болезни.
Однако в геноме патогена не было найдено ни одного известного переносчика В12, но были обнаружены гены, кодирующие три кобаламин-зависимых фермента. В качестве кандидата на роль переносчика был предложен белок Rv1819c, однако по анализу аминокислотной последовательности был сделан вывод, что данный белок скорее всего сворачивается в структуру экспортера, а не импортера. Чтобы разрешить данное противоречие, биофизики исследовали структуру белка Rv1819c с помощью метода криоэлектронной микроскопии.
Результаты работы подтвердили, что этот белок действительно способен импортировать витамин В12. Ученые использовали в эксперименте специальную линию клеток бактерии Escherichia coli, лишенных каких-либо транспортеров витамина B12. Бактерии находились в питательной среде с присутствием витамина В12. При экспрессии в них белка Rv1819c из микобактерии туберкулеза клетки были абсолютно жизнеспособными, в то время как в отсутствие Rv1819c рост клеток не наблюдался. Мутация в АТФазном домене подтвердила, что транспорт витамина В12 АТФ-зависим.
Более того, ученые показали, что данный белок также может транспортировать пептид-блеомицин, распространенное лекарство для лечения раковых заболеваний, но не может транспортировать биотин, вероятно, из-за отрицательно заряженных групп на биотине. Это свидетельствует о том, что хотя Rv1819c не очень избирателен, тем не менее он предпочитает полярные и положительно-заряженные субстраты.
После получения структуры белка ученые обнаружили невероятно большую полость в его мембранной части объемом около 7,7 кубических нанометров. В нее может поместиться до 6–7 молекул витамина В12. Внутри полость выстлана отрицательно заряженными и полярными аминокислотами, что делает ее привлекательной для гидрофильных молекул, которым энергетически выгодно находиться внутри нее. Белок состоит из двух камер, одна из которых имеет больший размер и выступает во внешнюю среду, а вторая — внутрь клетки.
Между двумя камерами полость сужается, ее стенки опоясывает петля из 17 аминокислот. Большая полость закрыта от внеклеточной среды крышкой, которая, возможно, самопроизвольно открывается на короткое время для захвата веществ из окружающей клетку среды. Внутриклеточная часть закрыта затвором из двух створок, которые коммуницируют с сайтами связывания АТФ — места, в которых белок получает энергию из-за расщепления АТФ. Для их открытия требуется расщепить две молекулы.
«Наша работа помогает продвинуться в понимании развития туберкулеза, ведь теперь мы знаем, как этот патоген импортирует жизненно необходимый витамин В12. Важным моментом является то, что в нас с вами механизм импорта данного витамина абсолютно другой, следовательно белок Rv1819c является отличной мишенью для разработки новых противотуберкулезных препаратов.
Более того, такая необычная функция импорта для белка, который по идее должен быть экспортером, объясняет возможный механизм доставки антибиотиков в клетки патогенов. Те же аминогликозиды (класс антибиотиков) положительно заряжены, соответственно, они не могут просто так пересечь мембрану, окружающую каждую клетку.
Раньше мы просто говорили, что эти антибиотики как-то попадали в клетку, теперь же мы можем сказать, что белок Rv1819c и его гомологи вполне могут выполнять такую функцию. В прошлом году благодаря поддержке руководства МФТИ и Программе 5-100 мы открыли лабораторию электронной микроскопии на Физтехе, и нашей задачей является решение вот именно таких, не побоюсь этого слова, глобальных научных проблем», — дополняет Альберт Гуськов, профессор, заведующий лабораторией структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ.
В работе принимали участие ученые из Университета Гронингена (Нидерланды), Национальной ускорительной лаборатории СЛАК, Стэнфордского университета (США), и Университета Стокгольма (Швеция).
