Исследователи из Даремского университета, Ягеллонского университета (Польша) и Центра Джона Иннеса достигли прорыва в понимании ДНК-гиразы — жизненно важного бактериального фермента и ключевой мишени антибиотиков. Этот фермент, присутствующий у бактерий, но отсутствующий у людей, играет решающую роль в суперспирализации ДНК — процессе, необходимом для выживания бактерий.
Используя криоэлектронную микроскопию высокого разрешения, исследователи раскрывают беспрецедентные подробности воздействия гиразы на ДНК, что потенциально открывает двери для новых методов антибиотикотерапии против резистентных бактерий. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
ДНК-гираза работает как крошечная молекулярная машина, осторожно скручивая и стабилизируя бактериальную ДНК. Это скручивание, известное как суперспирализация, похоже на наматывание резинки: по мере скручивания она скручивается все туже и туже. В отличие от полосы, которая раскручивается при освобождении, ДНК-гираза стабилизирует скрученную форму ДНК, делая ее функциональной для бактерий.
Фермент оборачивает ДНК в петлю «восьмеркой», затем точно разрывает и пропускает нити друг через друга, после чего снова их запечатывает. Это деликатный процесс: если бы ДНК осталась разорванной, это было бы смертельно для бактерий. Антибиотики, такие как фторхинолоны, используют эту уязвимость, предотвращая повторное запечатывание ДНК, что убивает бактериальную клетку. Однако устойчивость к этим антибиотикам растет, поэтому срочно необходимо более глубокое понимание того, как функционирует гираза.
Используя современную криоэлектронную микроскопию, команда сделала снимок гиразы в работе, показав, как она оборачивает ДНК через вытянутые белковые лучи, образуя форму восьмерки. Это открытие обновляет общепринятый взгляд на механизм гиразы, который изучался десятилетиями. Изображения показывают фермент как высокоскоординированную, многокомпонентную систему, в которой каждая часть движется в точной последовательности для достижения суперспирализации ДНК.