Молекула – переключатель природной «фабрики» антибиотиков

Источник: Physorg

Почвенные бактерии Streptomyces образуют нитевидные отростки, на которых за тем возникают спиралевидные «башни» для производства спор. Исследователи из Университета Дьюка (США) обнаружили молекулу, выключающую споруляцию и включающую производство антибиотиков. Микроорганизмы из группы Streptomyces продуцируют более двух третей препаратов – антибиотиков природного происхождения. Бактерии имеют сложный жизненный цикл с двумя отдельными фазами: вегетативной и фазой образования нитевидных волокон. Эти нитевидные волокна перерабатывают органические остатки и производят в больших количествах производят антибиотики и другие полезные метаболиты. В конце данной фазы на отростках образуются «башни» со спорами. В 1998 году ученые идентифицировали ген, который удерживает Streptomyces от создания спор. Ген получил название BldD в отражение «лысого» вида бактерий.

Дальнейшие работы показали, что кодируемый геном белок BldD является фактором транскрипции, связывает ДНК и включает или выключает более ста генов, контролирующих процесс споруляции. Но более 10 лет было неизвестно, какая молекула контролирует работу белка BldD. Недавно ученые из Центра Джона Иннеса (Великобритания), где проводилась большая часть исследований бактерий Streptomyces, обнаружили, что циклическая молекула di-GMP (циклический дигуанилатфосфат) образуется за счет нескольких факторов транскрипции, регулируемых BldD. Команда под руководством Натальи Човрай провела эксперимент, чтобы выяснить, может ли эта молекула сама связываться с BldD, и получили положительный результат. Они связались с адъюнкт-профессором Марией А. Шумахер и профессором Ричардом Г. Бреннаном из Университета Дьюка. Исследователи использовали методику рентгеновской кристаллографии для создания трехмерной структуры комплекса BldD и циклической di-GMP.

Белок обычно существует в виде отдельной молекулы (мономера), но когда необходимо связаться с ДНК и подавить процесс споруляции, он объединяется с другой молекулой BldD и образует димер. Трехмерная структура, созданная в Университете Дьюка, показала, что две молекулы BldD фактически не соприкасаются друг с другом, а функциональный димер образуется только за счет «склеивания» четырьмя копиями циклической молекулы di-GMP. Как отмечает профессор Бреннан, такой тип структуры является крайне необычным. Исследователи знают, как циклическая молекула di-GMP и протеин BldD склеиваются друг с другом, чтобы выключить споруляцию и удержать производство антибиотиков. Теперь они хотели бы узнать, как комплекс может расклеиться снова (щелкнуть выключателем в другую сторону). Полученные данные могут помочь сделать производство антибиотиков в бактериях более эффективным.