Ученые идентифицировали растительную молекулу, которая впитывает богатый железом гем
Симбиотические отношения между бобовыми и бактериями, которые растут на их корнях, имеют решающее значение для выживания растений. Без этих бактерий у бобовых не было бы источника азота, элемента, необходимого для построения белков и других биомолекул, и они зависели бы от азотных удобрений в почве.
Чтобы установить этот симбиоз, некоторые бобовые растения производят сотни пептидов, которые помогают бактериям жить в структурах, известных как узелки внутри их корней. Новое исследование Массачусетского технологического института показывает, что один из этих пептидов имеет неожиданную функцию: он поглощает весь доступный гем, железосодержащую молекулу. Это переводит бактерии в режим голодания по железу, что увеличивает производство ими аммиака, формы азота, пригодной для использования растениями, сообщает портал Рhys.org со ссылкой на исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology.
«Этот гем-секвестрирующий пептид может найти полезное применение в лечении различных заболеваний человека. Удаление свободного гема из крови поможет в лечении заболеваний, таких как токсоплазмоз, серповидно-клеточная анемия или сепсис, вызванных бактериями или паразитами, которым для выживания необходим гем, выделяемый в кровоток», - говорит Грэм Уокер, профессор биологии Американского онкологического общества в Массачусетском технологическом институте, профессор Медицинского института Говарда Хьюза и старший автор исследования.
«Исследование демонстрирует, что фундаментальные взаимодействия растений и микробов находят применение в терапевтических приложениях», - подтверждает Сива Санкари, научный сотрудник Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования.
В течение почти 40 лет лаборатория Уокера изучала симбиоз между бобовыми и ризобиями, типом азотфиксирующих бактерий.
Большая часть работы Уокера сосредоточена на похожем на клевер растении под названием Medicago truncatula. Азотфиксирующие бактерии вызывают образование клубеньков на корнях этих растений и в конечном итоге попадают внутрь растительных клеток, где преобразуются в свою симбиотическую форму, называемую бактероидами.
Несколько лет назад ученые обнаружили, что Medicago truncatula продуцирует около 700 пептидов, которые способствуют образованию этих бактероидов. Эти пептиды генерируются волнами, которые помогают бактериям перейти от свободной жизни к внедрению в клетки растений, где они действуют как машины для фиксации азота.
Уокер и его студенты выбрали один из этих пептидов, известный как NCR247, для более глубокого изучения. Первоначальные исследования показали, что при воздействии этого пептида на азотфиксирующие бактерии затрагивалось 15 процентов их генов. Многие из генов, которые стали более активными, были вовлечены в импорт железа.
Затем исследователи обнаружили, что когда они объединили NCR247 с более крупным белком, гибридный белок неожиданно приобрел красноватый цвет. Случайное наблюдение привело к открытию, что NCR247 связывает гем, органическую кольцеобразную железосодержащую молекулу – важный компонент гемоглобина, белка, который эритроциты используют для переноса кислорода.
Дальнейшие исследования показали, что, когда NCR247 высвобождается в бактериальных клетках, он изолирует большую часть гема в клетке, переводя клетки в режим голодания по железу, что заставляет их начать импортировать больше железа из внешней среды.
«Обычно бактерии настраивают свой метаболизм железа, и не поглощают больше железа, когда его уже достаточно, - поясняет Санкари. - Что замечательно в этом пептиде, он отменяет этот механизм и косвенно регулирует содержание железа в бактериях».
Лечение инфекций белком, который поглощает весь доступный гем, поможет предотвратить рост и размножение паразитических или бактериальных клеток, что уже доказано в тестах на паразитах Toxoplasma gondii с помощью NCR427.
В настоящее время человеческий белок гемопексин, который также связывается с гемом, изучается как возможное средство для лечения серповидноклеточной анемии. Исследователи говорят, что пептид NCR247 является более простой в использовании альтернативой, поскольку он намного меньше и его легче производить и доставлять в организм.
(Источник: phys.org. Фото из открытых источников).