Для заражения бактерий большинство бактериофагов используют «хвост», который пронзает бактериальную мембрану и пропускает генетический материал вируса. Самые сложные хвосты состоят из сократительной оболочки, окружающей трубку, подобную растянутой спиральной пружине в наномасштабе. Когда вирус прикрепляется к бактериальной поверхности, оболочка сжимается и пропускает через нее трубку.
Все это контролируется структурой опорной пластины из миллиона атомов на конце хвоста. Ученые EPFL теперь показали в атомных деталях, как базовая пластина координирует прикрепление вируса к бактерии с сокращением оболочки хвоста. Этот прорыв стал прикрытием природы и имеет важное значение для науки и медицины.Фаги широко распространены на планете.
Они сопровождают бактерии повсюду — в почве, воде, горячих источниках, цветении водорослей, кишечнике животных и т. Д. — и оказывают огромное влияние на разнообразие бактериальных популяций, включая, например, микробиом кишечника человека. Фаги также являются незаменимыми инструментами в генетике и молекулярной биологии и даже разрабатываются как альтернатива антибиотикам. Однако механизмы, с помощью которых эти вирусы прикрепляются к своим клеткам-хозяевам и доставляют свой генетический материал, остаются плохо изученными.Лаборатория Петра Леймана в EPFL теперь создала подробную модель на атомном уровне трансформации базовой пластинки фага, важной структуры, которая контролирует способность фага находить свою целевую бактерию и прикрепляться к ней, сокращать свой хвост и вводить свою ДНК.
Весь комплекс базовая пластина-хвост-трубка состоит из миллиона атомов, составляющих 145 цепочек из 15 различных белков, большинство из которых нужно было смоделировать с нуля. Для этого лаборатория Леймана использовала самое современное оборудование Центра клеточной визуализации и наноаналитики (C-CINA) Базельского университета и вычислительные ресурсы отдела высокопроизводительных вычислений EPFL.
Ученые также смогли идентифицировать минимальный набор молекулярных компонентов в базовой пластине, которые работают вместе, как миниатюрные шестеренки, чтобы контролировать активность хвоста вируса. Эти компоненты и лежащий в их основе функциональный механизм одинаковы для многих вирусов и даже бактерий, которые используют подобные хвостовые структуры для введения токсинов в соседние клетки.«Эти открытия важны для нашего понимания того, как работают эти сократительные хвостовидные системы», — говорит Лейман. «Но они также устанавливают эталон сложности биологических систем, которые можно описать на атомарном уровне».
Человеческое тело содержит почти столько же бактерий, сколько человеческие клетки (30-40 триллионов), и микробиота кишечника человека, вероятно, станет важной мишенью для персонализированной медицины в будущем. «Понятно, что нам необходимо понять подробные механизмы, с помощью которых эти бактерии взаимодействуют друг с другом, и как фаги участвуют в этих взаимодействиях».