Ученые раскрыли, как патогенные бактерии строят белковые «нанозаводы» в кишечнике

Патогенные бактерии конструируют микрокомпартменты Eut, которые позволяют им переваривать этаноламин — питательное вещество, часто встречающееся в кишечнике. Автор: Профессор Лу-Нинг Лю, Ливерпульский университет

Новое исследование под руководством ученых из Ливерпульского университета показало, как патогенные бактерии создают крошечные белковые отсеки, известные как микрокомпартменты Eut, которые позволяют им переваривать этаноламин — питательное вещество, широко распространенное в кишечнике.

Микрокомпартменты Eut критически важны для роста бактерий и их вирулентности. Понимание их сборки дает новое представление о том, как бактерии выживают и процветают в кишечнике, и может помочь определить потенциальные мишени для противомикробной терапии.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, раскрывает точную последовательность событий и белковых взаимодействий, необходимых для формирования микрокомпартментов.

Используя комбинацию микроскопии сверхвысокого разрешения, генной инженерии, структурной биологии, биохимических анализов и компьютерного моделирования, команда определила роли отдельных белков, из которых состоит микрокомпартмент Eut у сальмонеллы.

Изучая бактерии с мутациями в определенных белках, исследователи впервые идентифицировали ключевых участников и пошаговые процессы, вовлеченные в сборку компартмента. Они показали, что строительство начинается с белковой оболочки, внутрь которой впоследствии упаковываются ферменты, необходимые для расщепления этаноламина.

Белок под названием EutQ оказался критически важным в этом процессе, выступая в роли молекулярной связки, которая обеспечивает правильное захватывание ферментов внутри оболочки. Без EutQ сборка компартмента нарушается, а рост бактерий серьезно ухудшается.

Исследование также показало, что ферменты внутри компартмента ведут себя подобно жидкой капле, динамично перемещаясь и взаимодействуя таким образом, что повышает метаболическую эффективность.

Этаноламин, побочный продукт распада клеточных мембран, является обильным питательным веществом в кишечнике и важным источником углерода и азота для многих патогенных бактерий, включая сальмонеллу.

Эта работа предоставляет детальную молекулярную «дорожную карту» того, как бактерии используют этот ресурс, углубляя понимание их метаболизма и механизмов заражения.

Доктор Мэнжу Ян из Института системной, молекулярной и интегративной биологии Ливерпульского университета, первый автор статьи, заявила:

«Было известно, что бактерии строят эти компартменты для безопасного и эффективного переваривания этаноламина, но наше исследование раскрывает точные молекулярные шаги, вовлеченные в этот процесс. Это захватывающе — наблюдать в молекулярных деталях, как динамичные белковые конденсаты способствуют построению и функционированию органелл».

Профессор Лу-Нинг Лю, автор-корреспондент, добавил:

«Эта работа значительно продвигает наше понимание механизмов сборки бактериальных микрокомпартментов, потенциально открывая новые пути для нарушения метаболизма и заражения патогенами. Эти идеи могут стимулировать инновации в противомикробных стратегиях, а также в приложениях синтетической биологии».

Исследовательская группа планирует изучить, как эти механизмы сборки работают у других бактерий, имеющих значение для здоровья человека. Они также намерены исследовать взаимодействия белков на атомном уровне и испытать способы нарушения или перепроектирования этих систем для медицинских применений.

Больше информации: Mengru Yang et al, Molecular basis of the biogenesis of a protein organelle for ethanolamine utilization, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adx9774

Источник: University of Liverpool

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как фундаментальная наука может открывать пути для практических применений. Понимание таких тонких механизмов выживания бактерий на молекулярном уровне действительно может стать ключом к созданию антибиотиков следующего поколения, которые будут точечно воздействовать на патогены, не нарушая микробиом.