Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 16 ноября 2020 г.

Учитывая, что фаги способны уничтожать бактерии, они представляют особый интерес для науки. Основные исследователи из Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) в Берлине особенно заинтересованы в трубке, используемой фагами для имплантации своей ДНК в бактерии.

В сотрудничестве с коллегами из Forschungszentrum Jülich и Университетской больницы Йены они раскрыли трехмерную структуру этого важнейшего фагового компонента в атомарном разрешении.

Ключом к успеху было сочетание двух методов – твердотельного ЯМР и криоэлектронной микроскопии. Исследование только что было опубликовано в журнале Nature Communications .

С ростом устойчивости к антибиотикам фаги все чаще становятся объектом исследований. Фаги – это естественные вирусы с очень полезным свойством: они имплантируют свою ДНК в бактерии и размножаются там до тех пор, пока бактериальная клетка не будет окончательно разрушена. Вот почему их еще называют бактериофагами (пожирателями бактерий).

Этот подход уже был продемонстрирован для борьбы с бактериями с множественной лекарственной устойчивостью. В прошлом году в заголовках газет попал случай с девочкой из Англии, когда она была излечена от серьезной устойчивой к антибиотикам инфекции с помощью искусственно созданных фагов.

Однако до широкого использования фаговой терапии еще далеко. Многие из основных принципов, которые являются ключевыми для продвижения этой терапии, еще не поняты.

Например, ранее было мало что известно о появлении точной структуры трубки, используемой фагами для имплантации своей ДНК в бактерии.

Теперь ученым из Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) в Берлине вместе с коллегами из Forschungszentrum Jülich и Университетской больницы Йены удалось раскрыть трехмерную структуру этого важнейшего компонента фага в атомном разрешении.

Разработан для транспортировки ДНК

Структура и гибкость трубки ДНК, прикрепленной к капсиду в форме икосаэдра, чем-то напоминают позвоночный столб. Кажется, он идеально подходит для перевозки DN A. "

Адам Ланге, профессор, Forschungsverbund Berlin

Ланге описал одно из новых открытий.

Исследователи смогли получить захватывающее представление о структуре и функциях этого сложного пути транспорта ДНК – в данном случае от варианта фага SPP1 – путем инновационного сочетания твердотельного ЯМР с криоэлектронной микроскопией (крио-ЭМ ).

Исследовательская группа Ланге дополнительно разработала спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) специально для этой задачи в рамках гранта ERC; Эксперт по крио-ЭМ, профессор Гуннар Шредер из Forschungszentrum Jülich провел электронно-микроскопические исследования.

Кроме того, потребовались новые алгоритмы моделирования для компьютерной комбинации двух наборов данных для определения структуры.

Эти алгоритмы были разработаны профессором Майклом Хабеком из университетской больницы Йены. «Ключом к успеху было сочетание этих двух методов, представляющее собой методологическую веху», – прокомментировал профессор Ланге.

В то время как твердотельный ЯМР идеален для визуализации гибких структур и мельчайших деталей, крио-ЭМ дает представление об общей архитектуре.

Полученное изображение показывает, что шесть белков gp17.1 организуются в уложенные друг на друга кольца, образуя полую трубку. Кольца соединены гибкими перемычками, что делает трубку очень гибкой.

«Теперь мы можем понять, как отрицательно заряженная ДНК отталкивается от также отрицательно заряженной внутренней стенки гибкой трубки, плавно проходя через нее», – пояснил Максимилиан Зинке из FMP, ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Communications. «Бактерии в конечном итоге уничтожаются этим путем».

Веха для интегрированной структурной биологии

По словам лидера группы Адама Ланге, помимо качественного скачка в исследовании фагов, эта работа также продвинет «интегрированную структурную биологию», термин, обозначающий комбинацию этих двух дополнительных методов.

Благодаря недавней установке нового электронного микроскопа высокого разрешения Titan Krios инфраструктура, необходимая для этого, теперь доступна в кампусе Берлин-Бух. Более того, вскоре к существующим ЯМР-спектрометрам будет добавлено устройство на 1,2 гигагерца.

«Оборудованные крио-ЭМ и самым чувствительным ЯМР-спектрометром в мире, мы будем активно участвовать в интегративной структурной биологии в будущем», – восхищался Адам Ланге. «Это открывает блестящие перспективы для университетского городка и исследовательского центра Берлина».