Их надежда теперь состояла бы в том, чтобы видеть, возможно ли управлять этим выключателем, чтобы сделать антибиотическую фабрику природы более эффективной.Исследование, появляясь 28 августа в Клетке, нашло, что уникальное взаимодействие между маленькой молекулой под названием cyclic-di-GMP и большим белком под названием BldD в конечном счете управляет, проводит ли бактерия свое время в вегетативном состоянии или начинает действовать, делая антибиотики.
Исследователи нашли, что маленькая молекула собирается в своего рода молекулярный клей, соединяя две копии BldD как связная единица, которая может отрегулировать развитие у грамположительных бактерий Streptomyces.«В течение многих десятилетий ученые задавались вопросом, что щелкает выключателем развития в Streptomyces, чтобы выключить нормальный рост и начать необычный процесс многоклеточного дифференцирования, в котором это производит антибиотики», сказала Мария А. Шумахер, доктор философии, адъюнкт-профессор биохимии в Медицинской школе Университета Дюка. «Теперь мы не только знаем, что cyclic-di-GMP ответственен, но и мы также знаем точно, как он взаимодействует с белком BldD, чтобы активировать его функцию».
У Streptomyces есть сложный жизненный цикл с двумя отличными фазами: деление, растительная фаза и отличная фаза, в которой бактерии формируют сеть нитевидных нитей, чтобы уничтожить органические обломки и произвести в большом количестве антибиотики и другие метаболиты. В конце этой второй фазы бактерии создают волокнистые отделения, которые простираются в воздух, чтобы создать растущие башни спор.
В 1998 исследователи обнаружили ген, который помешал культивированным бактериям Streptomyces создавать эти растущие башни пуха на их поверхности. Они нашли, что этот ген, который они назвали BldD, чтобы отразить это «лысое» появление, также затронул производство антибиотиков.
Последующие исследования показали, что BldD – специальный белок, названный транскрипционным фактором, типом основного регулятора, который привязывает ДНК и поворачивается или больше чем от ста генов, чтобы управлять биологическими процессами как sporulation. Но через больше чем десятилетие расследования, никто не был в состоянии определить мозги позади операции, молекула, которая в конечном счете управляет этим основным регулятором в Streptomyces.Тогда ученые из Центра Джона Иннеса в Соединенном Королевстве – где большая часть исследования в области Streptomyces началась – обнаружили, что маленькая молекула cyclic-di-GMP произведена несколькими транскрипционными факторами, отрегулированными BldD.
Исследователи сделали быстрый тест, чтобы видеть, свяжет ли эта маленькая молекула самостоятельно BldD и была поражена найти, что это сделало. Они связались с давними сотрудниками Шумахером и доктором философии Ричарда Г. Брэннана в Герцоге, чтобы видеть, могли ли бы они бросить более близкий взгляд на это важное взаимодействие.Команда Герцога использовала инструмент, который, как известно как кристаллография рентгена, создал атомный уровень трехмерная структура BldD-(cyclic-di-GMP) комплекс.BldD обычно существует как единственная молекула или мономер, но когда пора связать ДНК и подавить sporulation, это объединяется с другой копией себя, чтобы сделать работу.
3D структура, построенная исследователями, показала, что эти две копии BldD никогда физически затрагивают, и вместо этого склеены четырьмя копиями cyclic-di-GMP.«Мы просмотрели банк данных белка и обыскивали наши воспоминания, но это открытие, кажется, уникально», сказал Брэннан, который является преподавателем и председателем биохимии в Медицинской школе Университета Дюка. «Мы никогда не видели тип структуры прежде, где два мономера становятся функциональным регулятором освещенности без прямого взаимодействия между ними кроме своего рода клея маленькой молекулы».Чтобы подтвердить их результаты, Шумахер определил несколько кристаллических структур от различных ароматов бактерий (S. venezuelae и S. coelicolor) и придумал тот же самый необычный результат каждый раз.Теперь, когда исследователи знают, как cyclic-di-GMP и BldD могут стать склеенными, чтобы выключить sporulation и включить антибиотическое производство, они хотели бы знать, как комплекс может стать отклеенным снова, чтобы щелкнуть выключателем другой путь.
Исследование было поддержано Долгосрочным Товариществом EMBO (ALTF 693-2012), Леопольдина Постдокторское Товарищество, Биотехнология и Научный совет Биологических наук (BB/H006125/1), ВСТРЕЧЕННЫЙ Институт Стратегическая Программа и Медицинская школа Университета Дюка.