Международная группа ученых впервые получила практически полную молекулярную структуру бактериофага DT57C — вируса, поражающего бактерий Escherichia coli.
Исследование провели сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН и Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова вместе с учеными из Окинавского университета (Япония) и совместного Российско-Китайского университете МГУ-ППИ (Шэнчьжэнь, Китай). Поскольку бактериофаги считаются перспективным агентом для борьбы с бактериальными инфекциями, в том числе вызванными E.coli (кишечные, урологические, раневые и другие инфекции), новые знания могут быть полезны при разработке новых лекарственных препаратов.
Исследователи описали молекулярное строение бактериофага DT57C, поражающего кишечную палочку (Escherichia coli) — бактерию, которая может вызывать у человека крайне разнообразные патологии от кишечных заболеваний до урологических инфекций и пневмоний. Авторы использовали метод криоэлектронной микроскопии и молекулярное моделирование, позволяющие определить трехмерную структуру белков на уровне отдельных атомов.Ученые определилии, что капсид бактериофага DT57C — белковая оболочка, в которую «упакована» генетическая информация, — имеет распространённую для других вирусов форму икосаэдра, или двадцатигранника. При этом в состав оболочки входит два белка — основной капсидный белок MCP и вспомогательный, так называемый «декоративный» белок DCP. Каждая грань оболочки c включает 6 гексамеров главного белка капсида, в центре каждого из которых располагается декорирующий белок.
Бактериофаги, помимо капсида, имеют хвостовой отросток или просто хвост — структуру, которая обеспечивает прикрепление к бактериальной клетке и «впрыскивание» в неё молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). У фага DT57C хвост представляет собой белковую трубку, на одном конце которой имеется переходный комплекс для соединения с капсидом, так называемая шейка фага, а на другом — базальная структура или tip-комплекс, отвечающий за распознавание поверхности клетки хозяина.
Специалисты смогли частично визуализировать структуру белка TMP, расположенного внутри канала хвоста. Этот белок играет важную роль как при сборке хвоста в клетке бактерии, так и в процессе инфицирования новой клетки хозяина. Ученые показали, что и верхняя (со стороны головки) и нижняя часть тяжа TMP представлена трехтяжевой косичкой из альфа-спиралей (трехтяжевой coiled coil структурой). Очень необычным по сравнению с другими фагами оказался и способ присоединения боковых фибрилл хвоста.
«Наши реконструкции позволили выявить нетипичный способ прикрепления боковых хвостовых нитей к хвостовому отростку. Оказалось, что этому способствует специальное кольцо из 12 субъединиц небольшого белка LtfC, в который под углом в 120 градусов заходят своими N-концевыми фрагментами тримеры белка LtfA, формирующего собственно фибриллы. Второй белок фибрилл LtfB присоединяется уже к LtfA. При образовании структуры, закрепляющей LtfA на хвосте фага, белковые цепи LtfA и LtfC сложным образом переплетаются, образуя совместные бета-листки, так что все кольцо с тремы исходящими из него фибриллами представляет единое целое», — рассказал Андрей Летаров, доктор биологических наук, заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.
По его словам, ученые также смогли проанализировать вирусные частицы, когда их капсиды содержали ДНК, и когда нуклеиновая кислота была уже «выброшена». Благодаря этому удалось построить атомные модели обоих состояний и понять конформационные изменения, приводящие к высвобождению ДНК
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
