Стало известно, как возбудитель туберкулеза обеспечивает себя необходимым витамином

Сотрудники лаборатории структурной электронной микроскопии биологических систем Московского физико-технического института совместно с коллегами из Нидерландов, США и Швеции получили структуру белка, ответственного за импорт витамина B₁₂ в клетку возбудителя туберкулеза. Результаты работы опубликованы в журнале Nature, кратко о них сообщила пресс-служба МФТИ.

Витамин В₁₂ (кобаламин) жизненно необходим бактерии для размножения путем деления. Возбудитель туберкулеза человека Mycobacterium tuberculosis в принципе может самостоятельно синтезировать данный витамин, однако это процесс очень энергозатратный, поэтому он предпочитает получать В₁₂ из внешнего окружения. Существует прямая связь между поглощением витамина клетками бактерии и  развитием болезни. Однако в геноме Mycobacterium tuberculosis не было найдено ни одного известного переносчика В₁₂, но были обнаружены гены, кодирующие три кобаламин-зависимых фермента. В качестве кандидата на роль переносчика был предложен белок Rv1819c, однако по анализу аминокислотной последовательности был сделан вывод, что данный белок, скорее всего, имеет структуру, способствующую экспорту, а не импорту B₁₂. Чтобы разрешить данное противоречие, биофизики исследовали структуру белка Rv1819c с помощью метода криоэлектронной микроскопии. В работе принимали участие ученые из Университета Гронингена (Нидерланды), Национальной ускорительной лаборатории СЛАК, Стэнфордского университета (США), и Университета Стокгольма (Швеция).

В результате удалось подтвердить, что этот белок все-таки способен импортировать витамин В₁₂. Ученые использовали в эксперименте специальную линию клеток бактерии Escherichia coli, лишенных каких-либо транспортеров витамина B₁₂. Бактерии находились в питательной среде, где присутствовал этот витамин. При экспрессии в бактериях белка Rv1819c, полученного из микобактерии туберкулеза, их клетки были абсолютно жизнеспособными, в то время как в отсутствие Rv1819c рост клеток не наблюдался.

После получения структуры белка ученые обнаружили невероятно большую полость в его мембранной части объемом около 7,7 нм. В нее может поместиться до 6–7 молекул витамина В₁₂. Внутри полость выстлана отрицательно заряженными и полярными аминокислотами, что делает ее привлекательной для гидрофильных  молекул, которым энергетически выгодно находиться внутри нее. Белок состоит из двух камер, одна из которых имеет больший размер и выступает во внешнюю среду, а вторая — внутрь клетки. Между двумя камерами полость сужается, ее стенки опоясывает петля из 17 аминокислот. Большая полость закрыта от внеклеточной среды крышкой, которая, возможно, самопроизвольно открывается на короткое время для захвата веществ из окружающей клетку среды. Внутриклеточная часть закрыта затвором из двух створок, которые коммуницируют с сайтами связывания АТФ — местами, в которых белок получает энергию из-за расщепления АТФ. Для их открытия требуется расщепить две молекулы.

Схема работы АВС-транспортера

«Наша работа помогает продвинуться в понимании развития туберкулеза, ведь теперь мы знаем, как этот патоген импортирует жизненно необходимый витамин В₁₂. Важным моментом является то, что в нас с вами механизм импорта данного витамина абсолютно другой, следовательно, белок Rv1819c является отличной мишенью для разработки новых противотуберкулезных препаратов. Более того, такая необычная функция импорта для белка, который, по идее, должен быть экспортером, объясняет возможный механизм доставки антибиотиков в клетки патогенов. Те же аминогликозиды (класс антибиотиков) положительно заряжены, соответственно, они не могут просто так пересечь мембрану, окружающую каждую клетку. Раньше мы просто говорили, что эти антибиотики как-то попадали в клетку, теперь же мы можем сказать, что белок Rv1819c и его гомологи вполне могут выполнять такую функцию», — говорит Альберт Гуськов, профессор, заведующий лабораторией структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ.