Используя генную инженерию, одномолекулярный трекинг и количественный анализ белков, исследователи из Корнеллского университета выяснили механизмы, которые лежат в основе развития устойчивости некоторых бактерий к таким противомикробным металлам, как медь и серебро. Свою работу исследователи опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мы действительно хотели выяснить фундаментальный механизм этого процесса, — сказал Пэн Чэнь, профессор химии в Корнеллском университете. — Более широкая концепция заключается в том, что как только мы узнаем механизм, тогда, возможно, мы сможем придумать лучшие или альтернативные способы борьбы с резистентностью бактерий к токсичным химическим веществам. Это, как мы надеемся, будет способствовать разработке новых способов борьбы с бактериальной лекарственной устойчивостью».
Резистентность бактерий на самом деле обуславливается «командной работой» нескольких факторов, в том числе двух внутриклеточных белков. Один из них (CusS), находящийся во внутренней мембране, ощущает присутствие химического вещества или металла и посылает сигнал регуляторному белку (CusR) в межклеточной жидкости. Белок-регулятор связывается с ДНК и активирует ген, который генерирует транспортные белки, выводящие токсин из клетки.
Как правило, исследователи анализируют эти процессы с помощью биохимических методов анализа, в ходе которых белок удаляют из клетки. Однако этот процесс мешает ученым наблюдать белки в их родной среде, и некоторые детали, такие как пространственное расположение между белками, до сих пор оставались неясными.
Для более глубокого анализа авторы новой работы использовали одномолекулярный трекинг, с помощью которого они помечали отдельные белки в живой E. coli флуоресцентным красителем и визуализировали каждый из них, отслеживая их передвижения. Эта процедура позволила получить миллионы изображений и в конечном счете точную и качественную карту «маршрутов» белков.
Особенно интересно исследователям было наблюдать за сенсорными белками, которые бывают двух разновидностей. Первый тип группируется, а второй перемещается по внутренней мембране. Исследователи обнаружили, что когда E. coli встречает медь, то свободно плавающие белки увеличиваются в количестве, в то время как число сгруппированных уменьшается. Мобилизованные сенсорные белки взаимодействуют с регуляторным белком и инициируют сложную серию шагов — от связывания меди до захвата и расщепления АТФ, которые в конечном итоге приводят к экспрессии генов, выводящих металл из клетки. Раскрытие этого механизма позволит исследователям в дальнейшем создать новые методы борьбы с лекарственной устойчивостью.
