Миллионы крошечных микробов на листьях, камнях или нашей коже борются за космос. И почти везде им приходится бороться за ресурсы и питательные вещества. Поэтому в ходе эволюции некоторые бактерии разработали оружие, позволяющее вводить токсичный коктейль в конкурентов и соперников по соседству, тем самым уничтожая их. Среди экспертов это оружие, напоминающее ружье, также известно как система секреции типа VI (T6SS).
Два года назад проф. Марек Баслер смог выяснить атомную структуру ружья в состоянии «после выстрела». В текущем исследовании, которое проводилось в сотрудничестве с различными исследовательскими группами и технологическими платформами в Biozentrum, его команда теперь решила структуру «готового к стрельбе» ружья. Основываясь на этих выводах, исследователи смогли смоделировать, как работает это ружье T6SS.
Структура наноразмерного ружья меняется во время стрельбы
Ружье состоит из различных компонентов, включая ножны и копье с острым концом. Оболочка состоит из более чем 200 связанных белковых колец, похожих на зубчатое колесо, которые собраны вокруг внутреннего жесткого наконечника. Когда T6SS срабатывает, оболочка быстро сжимается и выталкивает токсичное копье из клетки, которое затем может проникать в соседние клетки, где выделяет смертельные токсины. «До сих пор были только предположения относительно того, как структура оболочки T6SS изменяется во время сжатия», — говорит Баслер. «Используя криоэлектронную микроскопию, доступную в C-CINA, мы получили изображение копья и расширенной оболочки в атомном разрешении."
Сравнивая структуры расширенного и сжатого состояний, исследователи смогли детально смоделировать, как работает T6SS. «Во время сжатия оболочки кольцо за кольцом поворачивается и приближается к предыдущему кольцу, при этом диаметр кольца увеличивается, освобождая копье», — поясняет Баслер. "Эта комбинация усадки и поворота оболочки приводит к просверливанию отверстия в целевых ячейках. Менее чем за две миллисекунды ножны T6SS сжимаются до половины своей длины, и в то же время токсичное копье раскручивается по спирали, как винт.
Поэтому у бактерий есть чрезвычайно мощная дрель."
Разбираются только сокращенные ножны T6SS
Кроме того, исследователи задали еще один вопрос. После стрельбы из T6SS бактерии повторно используют отдельные компоненты ножен для сборки нового ружья. «Долгое время было непонятно, почему разбирается только сокращенная, а не расширенная оболочка», — говорит Баслер. «Теперь мы могли видеть, что определенный домен белка обнажается на поверхности оболочки во время сокращения и может быть распознан конкретным белком, ответственным за демонтаж оболочки.
В расширенном состоянии оболочки этот домен скрыт, и поэтому оболочка T6SS защищена от разборки."
Бактериальное ружье останется предметом будущих исследований. «Один из наших проектов посвящен вопросу о том, как T6SS встроен в оболочку бактериальной клетки. Поскольку ружье стреляет с такой большой силой, оно должно быть надежно закреплено, иначе стрельба не будет работать должным образом или может быть смертельной для самих бактерий, несущих оружие."
