Фундаментальное открытие ученых поможет в борьбе с бактериями-паразитами сельскохозяйственных культур

Набор микрофотографий, иллюстрирующих эффект влияния малого белка теплового шока и белка деления FtsZ в пучки при разных температурных условиях

Российские исследователи впервые показали, что один из белков теплового шока (IbpA) напрямую взаимодействует с белком, отвечающим за размножение паразитарных бактерий Acholeplasma laidlawii. Эти микоплазмы, а также родственные им фитоплазмы представляют значительную угрозу для растениеводства, поскольку средой обитания для них служат сельскохозяйственно значимые растения. В перспективе данный белок может использоваться в качестве мишени для лекарственных препаратов, защищающих растения. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН. 

Ахолеплазму относят к классу бактерий Mollicutes. Это одни из самых маленьких микроорганизмов в мире, способных к самостоятельному воспроизведению (без участия систем организма-хозяина). Бактерии вида Acholeplasma laidlawii — единственные из микоплазм, которые могут жить свободно в почве или воде, однако в основном они паразитируют на растениях и животных. В частности, ахолеплазма поражает значимые для сельского хозяйства растения, такие как рис и горох посевной. Жизнедеятельность данных бактерий может приводить к значительным потерям урожая.

При этом ахолеплазма, как и другие микоплазмы и фитоплазмы, демонстрирует устойчивость к ряду антибактериальных препаратов, которые широко применяются в сельском хозяйстве для защиты растений. Поэтому сегодня ученые ведут всесторонние исследования микоплазм для поиска новых эффективных способов борьбы с этими опасными микроорганизмами.

«В ахолеплазме мы изучаем так называемый малый белок теплового шока IbpA, который характеризуется большим количеством функций. В частности, он защищает клетки бактерий от стресса. Нам удалось установить, что IbpA напрямую воздействует на белок, отвечающий за клеточное деление микроорганизма, причем не только при стрессе, но и в оптимальных условиях для роста данной бактерии», — рассказал руководитель группы молекулярной цитологии прокариот и бактериальной инвазии ИНЦ РАН Иннокентий Вишняков.

Согласно существующей классификации, все клеточные организмы делятся на два надцарства, или домена: прокариоты (археи и бактерии, в число которых входит ахолеплазма) и эукариоты (растения, грибы, насекомые, водоросли и животные, включая человека). Разница между доменами в строении клетки в том, что у эукариотов есть оформленное клеточное ядро, в котором расположен развитый аппарат для деления клеток, у прокариотов же он менее развит, а клеточное ядро отсутствует.

Ранее взаимодействие между белками теплового шока и белками, отвечающими за клеточное деление у прокариот, в научной литературе не встречалась.

Для проверки гипотезы о том, что в ахолеплазме белок теплового шока IbpA оказывает влияние на белок, отвечающий за клеточное деление FtsZ, ученые ИНЦ РАН использовали несколько молекулярно-генетических методов. Клетки ахолеплазмы изучались с помощью просвечивающей электронной микроскопии, кроме того, применялся так называемый плазмонный поверхностный резонанс. Этот метод позволяет точно фиксировать взаимодействие различных биомолекул в клетке в режиме реального времени.

FtsZ — белок, который обнаружен почти у всех известных бактерий. Он запускает или активирует клеточное деление у бактерий, в том числе и у ахолеплазмы. Можно сказать, он регулирует размножение бактерий.

IbpA — один из белков теплового шока, которые функционируют в клетках практически всех живых организмов. Особенность этих биополимеров в том, что организм начинает активно синтезировать их в клетке в ответ на различные стрессовые факторы. Затем белки теплового шока начинают воздействовать на белки с другими функциями с целью нормализовать их работу или утилизировать те белки, которые перестали корректно работать в результате стресса.

На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу, что белок теплового шока IbpA в ахеоплазме может стать потенциальной мишенью для лекарственных средств.

«Данная работа добавляет к нашим предыдущим результатам факт того, что этот белок способен влиять на клеточное деление ахолеплазмы. Соответственно, нарушение его работы может привести к печальным для микоплазмы последствиям и даже гибели микроорганизма. В дальнейшем этот эффект может использоваться при создании препаратов, защищающих сельскохозяйственно значимые растения», — добавил Иннокентий Вишняков.

Результаты работы опубликованы в одном из международных изданий.

В исследовании также приняли участие специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Казанского (Приволжского) федерального университета. Проект поддержан грантами РФФИ.