Понимание «хвоста» холеры может проложить путь к более эффективному лечению

Новый взгляд на «хвост» холеры может помочь в лечении.

Холера — смертельное бактериальное заболевание, от которого ежегодно умирают около 95 000 человек. Холерный вибрион Бактерии инфицируют клетки тонкого кишечника, что бактерии могут делать отчасти благодаря своим жгутикам — мощным хвостообразным структурам, которые патоген использует для передвижения.

Ученые уже определили белки и другие молекулы, входящие в состав В. холера«хвост». Но как эти части сочетаются друг с другом, осталось неясным.

Теперь новые методы микроскопии раскрыли молекулярную структуру жгутиков живых организмов. В. холера бактерии, о чем недавно сообщили исследователи Йельской школы медицины (YSM) в Природная микробиология.

Эти результаты могут помочь исследователям лучше понять, как В. холера сделать свои жгутики и использовать их, чтобы передвигаться», — говорит Цзюнь Лю, профессор микробного патогенеза в YSM и старший автор исследования.

«Чтобы по-настоящему понять механизм жгутиков — как они собираются, как они вращаются — вам необходимо разрешение, близкое к атомному», — говорит Лю, который также является членом Йельского института микробных наук в Западном кампусе. Эти новые результаты позволили исследователям увидеть холеру в «беспрецедентных деталях», говорит он.

Исследователи знали об уникальных жгутиках холеры еще с 1950-х годов. За десятилетия ученые обнаружили, что эти жгутики — отдельные тонкие структуры, выступающие из концов бактерий, — позволяют холере необычайно быстро перемещаться в жидкой среде.

Ученые подозревают, что скорость и сила холеры помогают ей проникнуть через защитный слой слизи в тонком кишечнике и заразить клетки. Жгутики настолько важны для заражения, что некоторые вакцины против холеры делают бактерии менее подвижными.

Однако, хотя исследователи знают, из чего состоят жгутики, их основная структура до сих пор ускользает от изучения. Частично это связано с тем, что, в отличие от других бактерий, четыре белка, составляющие жгутики В. холера окружены гидрофильной (или водолюбивой) оболочкой, которая не позволяет исследователям увидеть структуру хвоста под микроскопом.

Также существует тот факт, что современные молекулярные методы требуют от исследователей убивать бактерии и очищать белки, чтобы увидеть, из чего они состоят. Это означает, что исследователи могут видеть, из чего состоят жгутики, но не то, как эти компоненты сочетаются друг с другом.

В результате структура В. холераЕго жгутики — это «70-летняя загадка», — говорит Ванбяо Го, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Лю и первый автор исследования.

Один из способов разгадать загадку — получить изображения жгутиков высокого разрешения на молекулярном уровне. В. холера все еще жив. Для этого Го и Сара Чжан, старшеклассница, работавшая над проектом летом, помогли разработать новую технику микроскопии.

В сотрудничестве с Меррилом Аспом — постдокторантом из лаборатории Цзин Яня, доцента кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития на факультете искусств и наук Йельского университета — исследователи разработали мутировавших В. холера чьи белки жгутиков были созданы для того, чтобы светиться. Затем они заморозили эти бактерии в жидком этане и использовали мощный электронный микроскоп, чтобы увидеть структуру жгутиков почти на атомном уровне.

Эти изображения позволили Лю и его коллегам увидеть, как каждый из четырех белков жгутиков вписывается в определенные места внутри защитной оболочки. В ходе работы выяснилось, что жгутики В. холерахотя и скрыты за оболочкой, имеют аналогичную структуру ядра, но другую поверхность, чем жгутики других бактерий. Это говорит о том, что жгутики В. холера развили уникальные приспособления внутри оболочки.

Тогда почему же холера развивается намного быстрее, чем другие бактерии? Одна из возможностей заключается в том, что сама оболочка может обеспечивать некоторую смазку. Строение жгутика предполагает, что он вращается независимо от внешней оболочки. Поскольку оболочка гидрофильна, это может создать скользкую систему, которая поможет бактериям перемещаться через жидкость быстрее, чем в противном случае.

По словам Лю, выяснение того, как работают жгутики, потребует дополнительных исследований, которые теперь можно провести благодаря этим изображениям и методам, разработанным для этого исследования. По его словам, эта работа также может подготовить почву для создания новых лекарств против холеры — либо путем воздействия на жгутики, либо путем использования этих изображений с высоким разрешением для поиска других способов борьбы с болезнью, говорит он.

«Мы, по крайней мере, предоставили некоторые подсказки для дальнейшего развития событий», — говорит Лю.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом и Йельским университетом.

Ответственность за содержание несут исключительно авторы, и оно не обязательно отражает официальную точку зрения Национальных институтов здравоохранения или Национального научного фонда.

Дополнительную поддержку оказали Фонд Клеберга, Фонд Брауна, Фонд Саймонса, Фонд Чарльза Х. Ревсона, Фонд исследования рака Дэймона Раньона и Фонд района Сан-Антонио.

Источник: Йельский университет