Бактерии, убивающие насекомых, обычно выделяют токсины, чтобы убить своих хозяев. Бактерия Фоторабдус люминесценснапример, накачивает личинки насекомых смертельным токсином «Делает гусениц гибкими 1» (Mcf1), в результате чего они сначала обвисают, а затем умирают. Однако до сих пор остается загадкой, как Mcf1 проявляет свой разрушительный эффект.
Исследователи под руководством Стефана Раунсера, директора Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде, успешно использовали криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) и биохимические анализы, чтобы охарактеризовать первую в истории структуру Mcf1, что позволило им предложить молекулярный механизм действие токсина. Понимание того, как бактериальные токсины выполняют свою смертоносную задачу в таких деталях, очень полезно для разработки новых биопестицидов, тем самым сокращая использование едва специфических химических агентов с вредными побочными эффектами для экосистемы.
«Наше исследование является первым в истории структурным исследованием этого токсина», — объясняет Александр Белый, первый автор исследования. Задача проекта, над которым потребовалось десятилетие работы, заключалась в том, что белок относительно большой и состоит из множества модулей, каждый из которых выполняет определенную функцию. «Использование нашего новейшего крио-ЭМ оборудования и вычислительных мощностей сыграло важную роль в раскрытии этой структуры», — говорит Стефан Раунсер.
Крио-ЭМ позволяет исследователям получать 3D-изображения белка с разрешением, близким к атомному, в данном случае с разрешением 3,6 ангстрем, что означает, что можно наблюдать детали в 200 000 раз меньшие, чем ширина человеческого волоса. Ученым удалось показать, что структура Mcf1 напоминает морского конька: голова содержит несколько токсичных грузов, а хвостовая часть может прикрепляться к клеткам-мишеням. После того, как токсин высвобождается бактериями насекомого-хозяина, три домена в его хвостовой области идентифицируют мембрану клетки-мишени и связываются с ней. Затем другой домен хвоста переносит головку через мембрану в цитоплазму клетки. Оказавшись внутри, голова взаимодействует с местными белками, стимулируя высвобождение двух токсичных веществ. Эти смертоносные модули нарушают активность основных белков в клетке, что приводит к ее гибели – и в конечном итоге к гибели всего насекомого в течение 24 часов после интоксикации.
Новые органические средства борьбы с вредителями
Интересно, что исследователи обнаружили, что модульная структура хвоста и начальные этапы интоксикации Mcf1 очень похожи на токсины из Clostridioides difficileчеловеческий патоген, ответственный за более чем 120 000 госпитализаций в Европе ежегодно. «Наше исследование, которое изначально было направлено на улучшение биопестицидов, также окажет влияние на понимание болезней человека», — добавляет Филипп Хейлен, соавтор исследования.
Заглядывая в будущее, ученые MPI хотят выяснить на молекулярном уровне, как токсичная нагрузка Mcf1 приводит к гибели клеток. «Эти новые знания также позволяют создавать высокоспецифичные инсектицидные токсины», — говорит Штефан Раунсер, намекая на другое будущее направление исследований: создание новых вариантов токсинов, полезных для экологической борьбы с вредителями.
2024-02-01 03:44:30
1706769758
#Как #токсины #морских #коньков #убивают #насекомых