Чтобы заразить бактерии, большинство бактериофагов использует ‘хвост’, который наносит удар и проникает в мембрану бактерии, чтобы позволить генетическому материалу вируса проходить. Самые сложные хвосты состоят из сжимающихся ножен, окружающих трубу, сродни протянутой спиральной пружине в наноразмерном. Когда вирус свойственен бактериальной поверхности, ножны сокращают и ведут трубу через него. Всем этим управляет миллион структур опорной плиты атома в конце хвоста.
Ученые EPFL теперь показали в атомных деталях, как опорная плита координирует приложение вируса к бактерии с сокращением ножен хвоста. Прорыв сделал покрытие Природы и имеет важные последствия для науки и медицины.
Фаги широко распределены на планете. Они сопровождают бактерии везде – в почве, воде, горячих источниках, цветении воды, кишечник животных и т.д. – и оказывают драматическое влияние на разнообразие бактериального населения, включая, например, микробиом человеческого пищеварительного тракта. Фаги – также необходимые инструменты в генетике и молекулярной биологии, и даже развиваются как альтернатива антибиотикам.
Однако механизмы, которыми эти вирусы свойственны их клеткам – хозяевам и поставляют свой генетический материал, остаются плохо понятыми.Лаборатория Петра Леимена в EPFL теперь создала подробную, модель уровня атома преобразования опорной плиты фага, важная структура, которая управляет способностью фага найти ее целевую бактерию и свойственной ему, сокращает свой хвост и вводит его ДНК. Весь комплекс трубы хвоста опорной плиты состоит из одного миллиона атомов, составляя 145 цепей 15 различных белков, большинство которых должно было быть смоделировано с нуля. Чтобы сделать это, лаборатория Леимена использовала современное оборудование Центра Клеточного Отображения и NanoAnalytics (C-CINA) в Базельском университете и вычислительных ресурсах Высокоэффективного Вычислительного отдела EPFL.
Ученые также смогли определить минимальный набор молекулярных компонентов в опорной плите, которые сотрудничают как миниатюрные механизмы, чтобы управлять деятельностью хвоста вируса. Эти компоненты и основной функциональный механизм, являются тем же самым через многие вирусы и даже бактерии, которые используют подобные подобные хвосту структуры, чтобы ввести токсины в соседние клетки.«Эти результаты важны для нашего понимания того, как эти сжимающиеся подобные хвосту системы работают», говорит Леимен. «Но они также устанавливают оценку для сложности биологических систем, которые могут быть описаны на атомном уровне».
Человеческое тело содержит почти столько же бактерий сколько клетки человека (30-40 триллионов), и человеческая микробиоматерия пищеварительного тракта будет, вероятно, представлять важную цель персонализированной медицины в будущем. «Ясно, что мы должны понять подробные механизмы, которыми эти бактерии взаимодействуют друг с другом и как фаги вовлечены в эти взаимодействия».