© S. Shibata, OIST
Пили — нитевидные белковые структуры на поверхности бактерии Porphyromonas gingivalis
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Пародонтит — это воспалительное заболевание полости рта, которое может привести к эрозии десен и потере зубов. Оно связано с образованием на зубах бактериального налета в виде тончайших биопленок. Основной патоген этих биопленок — бактерии Porphyromonas gingivalis, которые прикрепляются к субстрату липкими белковыми нитями под названием пили. Толщина таких нитей в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса.
Японские микробиологи из Отдела молекулярной криоэлектронной микроскопии Окинавского института наук и технологий (OIST) под руководством профессора Кодзи Накаямы (Koji Nakayama) из Университета Нагасаки и профессора Кацуми Имада (Katsumi Imada) из Университета Осаки раскрыли структуру пилей и выяснили, как они формируются.
"Пили важны как для выживания бактерий, так и для создания биопленок, — приводятся в пресс-релизе OIST слова доктора Сатоши Шибата (Satoshi Shibata), первого автора исследования. — Внимательно изучив эти пили, мы поняли, как можно предотвратить образование биопленок".
Предотвращение пародонтита — серьезная проблема для Японии, где от этой болезни страдают 80 процентов населения в возрасте старше 35 лет. Более того, бактерии P. gingivalis связаны с ревматоидным артритом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком поджелудочной железы и даже болезнью Альцгеймера.
Предыдущие исследования показали, что большинство бактерий P. gingivalis имеют уникальные пили типа V. Однако до сих пор структура и процесс сборки этих пилей были неизвестны. Сами пили состоят из небольших белковых единиц, называемых пилинами. Хотя пилины связаны только слабыми взаимодействиями, они могут собираться в очень стабильные нити. В случае P. gingivalis большинство из них представлены пилинами FimA.
На первом этапе авторы кристаллизовали пилины FimA и изучили их структуру с атомным разрешением.
"Подробная структурная информация очень важна, потому что патогенность штаммов P. gingivalis тесно связана с подтипами FimA", — объясняет профессор Имада.
Затем ученые провели эксперимент, в ходе которого выяснили, как пилины собираются в нити. И, наконец, на завершающем этапе с помощью криоэлектронной микроскопии изучили полностью собранные пили.
Тысячи изображений, полученных на криоэлектронном микроскопе высокого класса в OIST были обработаны на суперкомпьютере, в результате чего была получена полная трехмерная атомная модель собранной структуры пилей. Это позволило авторам внимательно изучить аминокислотный состав этих образований и выяснить, какие ключевые аминокислоты способствуют полимеризации пилина. Затем, используя методы биохимии, кристаллографии и крио-ЭМ, ученые произвели в белке мутацию, препятствующую дальнейшему формированию пилей.
По мнению авторов, результаты их исследования — это шаг к созданию новых антибактериальных препаратов, не только для болезней, вызванных P. gingivalis, но и для тех, которые вызваны любыми бактериями, содержащими пили типа V.
"Сейчас мы пытаемся создать ингибитор, который препятствует сборке пилей, — говорит доктор Шибата. — Эта структура служит целью для создания новых лекарств, которые крайне необходимы для противодействия растущей устойчивости бактерий к антибиотикам".
ria.ru
