Микробы гибнут за металл
Специальный иммунный белок связывает необходимые бактериям микроэлементы, так что микробам не остаётся ничего другого, как перестать расти.
Один из способов борьбы с врагом – оставить его без еды и воды. Наш иммунитет, хотя и не читал трактатов по военному делу, тоже использует «голодную» тактику: кроме того, что у него в арсенале есть «оружейные» молекулы и клетки, которые просто убивают инфекцию, он ещё и лишает бактерий веществ, необходимых для роста и размножения. Вещества эти – металлы: цинк, железо, марганец и другие. Их ионы входят в состав белков, которые без таких микроэлементов просто не могут работать; если металлы вдруг стали недоступны, клеточные ферменты останавливаются, и жить становится намного, намного сложнее.
Как можно изъять ионы металлов из свободного доступа? Например, с помощью специальных хелатирующих белков, чья задача – схватить ион и держать его максимально крепко. И такие белки у иммунной системы есть. Один из них, калпротектин, в большом количестве содержится в нейтрофилах, которые выбрасывают его наружу в зоне воспаления. Про калпротектин известно, что он связывает цинк и марганец, тем самым подавляя распространение как бактерий, так и инфекционных грибов. Но если бы он связывал только цинк и марганец, у него не было бы такого сильного антимикробного эффекта, распространяющегося на самые разные патогены.
Поэтому исследователи из Массачусетского технологического института предположили, что калпротектин забирает ещё и железо. Когда белок добавляли к бактериям, он действительно связывал не только цинк и марганец, но и железо, причём во всех случаях важную роль играли ещё ионы кальция: они помогали калпротектину принять эффективную пространственную форму, чтобы лучше собирать металлы. Впрочем, тут нашёлся ещё один помощник – бета-меркаптоэтанол: дело в том, что калпротектин предпочитает связывать ионы двухвалентного железа, а бета-меркаптоэтанол благодаря своим восстановительным свойствам как раз поддерживает железо в двухвалентном состоянии.
В статье в Nature Chemical Biology авторы работы пишут, что калпротектин снижал уровень железистых ионов в среде в 30 раз, так что рост бактерий останавливался. С помощью радиоактивных изотопов удалось показать, что белок действительно не даёт микробам поглощать вожделенный микроэлемент. Находясь в иммунной клетке, калпротектин плавает в среде с невысоким уровнем кальция, так что насчёт своих ионов клетки может не беспокоиться. В зоне же воспаления нейтрофилы выбрасывают белок наружу, где концентрация ионов кальция оптимальна для работы – и инфекция остаётся без нужных веществ.
Стоит добавить, что бактерии по-разному реагируют на отсутствие разных металлов. Например, грамотрицательным бактериям, к которым относится и кишечная палочка, достаточно только железа: если его ионы снова добавляли в питательную среду, опустошённую до того калпротектином, то бактерии возобновляли рост. Напротив, грамположительные, которым относится знаменитый золотистый стафилококк, вызывающий и фурункулы, и пневмонию, и менингит, требуют для роста комплекса ионов – то есть, кроме железа, им нужны ещё цинк и марганец. Очевидно, дополнительно активируя калпротектин во время болезни, можно хорошо помочь иммунитету в его борьбе с патогеном. Учитывая, что против антибиотиков у бактерий быстро появляется устойчивость, такой метод мог бы стать эффективным обходным путём в борьбе с инфекционными болезнями.
