Кубанский государственный технологический университет

Рис. 1. Трехмерная реконструкция размеров, формы и местоположения внутреннего тела в головке капсида. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

При интерпретации электронномикроскопических исследований часто возникают трудности из-за того, что тесно упакованные макромолекулы выглядят единым целым на микрофотографии. Иногда эту трудность можно обойти с помощью иммунологического окрашивания золотом (см. immunogold labelling) или некоторых других гистологических процедур, но такие методики не всегда применимы.

Группа американских биологов предложила еще один остроумный способ решения этой проблемы, основанный на том, что белки, соседствующие с ДНК, обладают повышенной чувствительностью к радиации.

Рис. 2. Реконструкция вириона фага ?KZ. a — головка, b — хвост, c — базовая пластинка (вид сверху). Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Свои исследования ученые проводили на ?KZ — крупном и сложном фаге, поражающем бактерию Pseudomonas aeruginosa (синегнойную палочку). Поскольку синегнойная палочка является патогеном для человека, изучение ?KZ имеет важное практическое значение для фаговой терапии вызванных этой бактерией инфекций.

Вирион (то есть полноценная внеклеточная частица) данного вируса состоит из длинного сократимого хвоста и икосаэдрического капсида, который содержит плотно упакованную ДНК (рис. 2). Некоторые исследования на поврежденных вирионах показывали, что внутри капсида имеется также некое загадочное «внутреннее тело», цилиндрическая белковая структура, которая непосредственно окружает ДНК. Однако при обычных исследованиях на интактных фагах обнаружить это внутреннее тело никак не удавалось, потому что на микрофотографиях оно было неотличимо от самой ДНК.

Тогда исследователи решили воспользоваться одной интересной особенностью, характерной исключительно для белков внутреннего тела. Этот участок крайне чувствителен к радиационному поражению и образует «пузыри» газообразных радиационных продуктов при таких электронных дозах, которые практически не влияют на другие белки.

Поэтому для того, чтобы «поймать» изображение данной области, исследователи подвергли фаги небольшим, но значимым для белков внутреннего тела дозам ?-излучения. Результатом полученного исследования была «бабблграмма» — микрофотография исследуемого фага, в которой ясно была заметна «пузыристая» область в центре головки (см. рис. 3b). С помощью полученных изображений ученым удалось выяснить размеры, форму, наклон и точное местоположение этой структуры (рис. 1).

Для чего же нужно внутреннее тело? Судя по всему, оно играет какую-то роль в процессе упаковки ДНК — на это указывает то, что наклон этой области совпадает с таковым для ДНК, а также то, что внутреннее тело демонтируется, когда вирус «выплевывает» ДНК внутрь бактерии во время инфекции. Известно, что фаг T7 (см. T7 phage) обладает сходной структурой, белки которой способны проникать внутрь хозяйской клетки во время заражения. Справедливо ли это для ?KZ, еще предстоит выяснить.

Рис. 3. Криоэлектронные микрофотографии (см. cryo-electron microscopy) очищенных вирионов ?KZ. A — первоначальное исследование с низкой дозой радиации. B — последующее исследование, в котором доза радиации повышена. Видно, что при повышении дозы излучения в головке вирионов «проявляется» внутреннее тело, образовавшее пузыри газообразных радиационных продуктов. Из-за этого такую микрофотографию исследователи назвали «бабблграммой». Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Оставалось выяснить, в чем же причина такой необычайной чувствительности белков внутреннего тела к радиации. Судя по всему, дело здесь не в белках как таковых, а в их соседстве с ДНК. Об этом говорит то, что те же самые белки, но без ДНК, остаются устойчивыми к слабым дозам радиации. Каким образом ДНК делает своих «соседей» столь чувствительными к излучению, пока что не до конца ясно, однако авторы предполагают, что дело здесь именно в жесткой структуре ДНК. Эта структура не позволяет продуктам радиации разлетаться из места возникновения, в результате чего они скапливаются и «взрываются» пузырями.

Итак, теперь у структурных биологов появилась новая методика, которая позволяет различить на микрофотографии те белки, которые были неразличимы при использовании других методов. Конечно, такой подход тоже не универсален и может использоваться только тогда, когда изучаемый белок тесно соседствует с ДНК. Однако и это тоже немало: например, вполне возможно, что вскоре мы узнаем много нового о белковом содержимом клеточного ядра.

Источник: Weimin Wu, Julie A. Thomas, Naiqian Cheng, Lindsay W. Black, Alasdair C. Steven. Bubblegrams Reveal the Inner Body of Bacteriophage ?KZ. Science. 13 January 2012. V. 335. P. 182.

Вера Башмакова