Чрезвычайно длинный хвост дает представление о том, как собираются вирусы, заражающие бактерии.
Недавнее исследование, опубликованное в Journal of Biological Chemistry, раскрыло секрет чуда эволюции: бактериофага с чрезвычайно длинным хвостом. Этот необыкновенный хвост является частью бактериофага, который живет в негостеприимных горячих источниках и охотится на одни из самых стойких бактерий на планете.
Бактериофаги — это группа вирусов, которые инфицируют и размножаются в бактериях и являются наиболее распространенными и разнообразными существами на Земле.
«Бактериофаги, или сокращенно фаги, присутствуют везде, где есть бактерии, включая грязь и воду вокруг вас, а также в микробной экосистеме вашего собственного тела», — сказала Эмили Агнелло, аспирант Медицинской школы Чана при Массачусетском университете и ведущий исследователь. автор исследования.
В отличие от многих вирусов, поражающих людей и животных и содержащих только один компартмент, фаги состоят из хвоста, прикрепленного к остроконечной призмообразной белковой оболочке, содержащей их ДНК.
Хвосты фагов, как и прически, различаются по длине и стилю; некоторые длинные и упругие, а другие короткие и жесткие. В то время как у большинства фагов короткие микроскопические хвосты, у «бактериофага Рапунцель» P74-26 хвост в 10 раз длиннее, чем у большинства, и его длина составляет почти 1 микрометр, что примерно равно ширине шелка некоторых пауков. Прозвище «Рапунцель» происходит от сказки, в которой злая ведьма заперла девушку с очень длинными волосами в башне.
Брайан Келч, адъюнкт-профессор биохимии и молекулярной биотехнологии Университета Массачусетса Чана, руководивший работой, описал P74-26 как «монстра с хвостом».
Хвосты фагов важны для прокалывания бактерий, покрытых плотным вязким веществом. Длинный хвост P74-26 позволяет ему вторгаться и заражать самые стойкие бактерии. P74-26 не только имеет очень длинный хвост, но и является наиболее стабильным фагом, что позволяет ему существовать и заражать бактерии, живущие в горячих источниках, температура которых может достигать 170° F. Исследователи изучали P74-26 для выяснить, почему и как он может существовать в таких экстремальных условиях.
Чтобы работать с фагом, который процветает при таких высоких температурах, Аньелло пришлось скорректировать условия своих экспериментов, чтобы уговорить хвост фага собраться в пробирке. Келч сказал, что Агнелло создала систему, с помощью которой она могла вызывать быструю самосборку хвоста.
«Каждый хвост фага состоит из множества небольших строительных блоков, которые собираются вместе, образуя длинную трубку. Наше исследование показывает, что эти строительные блоки могут менять форму или конформацию, когда они собираются вместе», — сказал Агнелло. «Это изменение формы важно для того, чтобы строительные блоки подходили друг к другу и образовывали правильную структуру хвостовой трубы».
Исследователи использовали мощные методы визуализации, а также компьютерное моделирование и обнаружили, что строительные блоки хвоста опираются друг на друга, чтобы стабилизироваться.
«Мы использовали технику, называемую криоэлектронной микроскопией, которая представляет собой огромный микроскоп, позволяющий нам делать тысячи изображений и коротких видеороликов с очень большим увеличением», — объяснил Агнелло. «Сделав множество снимков хвостовых трубок фага и сложив их вместе, мы смогли точно выяснить, как строительные блоки соединяются друг с другом».
Они обнаружили, что P74-26 использует механизм «шарик и гнездо» для большей прочности. Кроме того, хвост формируется из вертикально уложенных колец молекул, образующих полый канал.
«Мне нравится думать об этих строительных блоках фагов как о Лего», — сказал Келч. «У Lego есть шпильки с одной стороны и отверстия или гнезда с другой».
Он добавил: «Представьте себе Lego, где розетки начинаются закрытыми. Но по мере того, как вы начинаете строить из Lego, гнезда начинают открываться, позволяя шпилькам на других Lego собирать большую сборку. Это движение является важным способом, с помощью которого эти строительные блоки фагов самостоятельно регулируют свою сборку».
Келч указал, что по сравнению с большинством фагов P74-26 использует вдвое меньше строительных блоков для формирования стопочных колец, образующих хвост.
«Мы думаем, что произошло то, что какой-то древний вирус объединил свои строительные блоки в один белок. Представьте, что два маленьких кубика Lego сплавлены в один большой без швов. Этот длинный хвост построен из более крупных и прочных строительных блоков», — объяснил Келч. «Мы думаем, что это может стабилизировать хвост при высоких температурах».
Теперь исследователи планируют использовать генетические манипуляции, чтобы изменить длину хвоста фага и посмотреть, как это изменит его поведение.
Фаги присутствуют почти во всех уголках земного шара и важны для различных отраслей, таких как здравоохранение, охрана окружающей среды и безопасность пищевых продуктов. Фактически, длиннохвостые фаги, такие как P74-26, использовались в предварительных клинических испытаниях для лечения определенных бактериальных инфекций.
«Бактериофаги вызывают все больший интерес как альтернатива антибиотикам для лечения бактериальных инфекций», — сказал Агнелло. «Изучая сборку фагов, мы можем лучше понять, как эти вирусы взаимодействуют с бактериями, что может привести к разработке более эффективных методов лечения на основе фагов. … Я считаю, что изучение уникальных, интересных вещей может привести к открытиям и приложениям, которые мы даже не можем себе представить».
Ссылка: «Сборка управления конформационной динамикой чрезвычайно длинной хвостовой трубки бактериофага», Эмили Аньелло, Джошуа Паджак, Синчен Лю и Брайан А. Келч, 14 марта 2023 г., Журнал биологической химии.
DOI: 10.1016/j.jbc.2023.103021
No comments:
Post a Comment