«Молекулярный гарпун» позволил бактериям спастись от переваривания

Ученые из Базельского Университета (Швейцария) выяснили, что помогает возбудителю туляремии бактерии Francisella tularensis выбраться из «пищеварительной системы» иммунных клеток после того, как ее попытались «съесть». Для этого бактерии используют систему секреции VI типа — наномашину, которая работает по принципу шприца или гарпуна, и выбрасывает токсичные белки в цитоплазму клетки, захватившей бактерию. Некоторые детали работы такой машины у Francisella исследователи описали в статье в журнале Nature Communications.

Системы секреции VI типа можно назвать бактериальным оружием, которое микроорганизмы используют для уничтожения других бактерий и даже эукариотических клеток. Эти структуры были описаны совсем недавно — около десяти лет назад, и с тех пор были обнаружены у четверти грамотрицательных бактерий с известной последовательностью геномов. Работа такой машины детально разобрана у холерного вибриона Vibrio cholerae, которому она нужна для заражения хозяина и охоты на других бактерий.

Комплекс, обозначаемый как T6SS, работает как «молекулярный гарпун», который выбрасывается из чехла, протыкает мембрану «врага» и доставляет в его цитоплазму токсины. В работе механизма участвует множество белков. Сначала машина быстро собирается из отдельных компонентов, а после выстрела быстро разбирается, после чего может быть собрана вновь.

Швейцарские ученые заинтересовались, как такой комплекс работает у возбудителя туляремии Francisella tularensis. Туляремия — тяжелое инфекционное заболевание, по симптомам напоминающее чуму. Так же как и чума, разносится она грызунами. Особенностью бактерии Francisella, которая вызывает туляремию, является способность размножаться внутри макрофагов — клеток иммунитета, которые обеспечивают первую линию обороны против бактерий в нашем организме. Когда макрофаг захватывает бактерию, она оказывается внутри пузырька-эндосомы, который затем сливается с одной из пищеварительных вакуолей. Однако Francisella выбирается из эндосомы и оказывается в цитоплазме макрофага, где начинает размножаться.

В геноме Francisella есть участки, называемые островками патогенности — последовательности со специфическим нуклеотидным составом, которыми патогенные бактерии могут обмениваться. Часто в этих последовательностях закодированы факторы вирулентности или устойчивость к антибиотикам. У Francisella в составе этих островков обнаружили закодированный комплекс T6SS, который по своему составу отличался от уже известных. Авторы работы исследовали отдельные компоненты этого комплекса, и прояснили некоторые детали его работы.

Оказалось, что T6SS действительно необходим бактерии для того, чтобы выбираться из эндосом макрофага. Делеция двух уникальных генов, которые исследователи не обнаружили у других внутриклеточных паразитов, лишила Francisella этой способности. Кроме того, авторы выяснили, что комплекс собирается на концах палочковидной бактерии — предположительно, это позволяет собрать «гарпун» подлиннее, для того, чтобы доставить сразу побольше токсинов в клетку хозяина. Также ученые обнаружили белок, аналогичный белку V. cholerae, который отвечал за разборку и энергетическое обеспечение наномашины. В целом, уникальный состав комплекса отражал свою весьма специфическую функцию. Механизм, по которому патоген растворяет мембрану и выбирается наружу, еще предстоит установить.

Системы секреции часто используются бактериями как факторы патогенности. Они позволяют не только травить окружающие клетки токсинами, но и обмениваться ДНК, в том числе генами устойчивости к антибиотикам. Об одной из таких «машин смерти» мы не так давно писали. Несмотря на то, что системы секреции являются перспективными мишенями для разработки новых классов антибиотиков, подобных веществ во врачебной практике еще нет.

Дарья Спасская