Ученый из МГУ помог раскрыть загадку дыхания кишечной палочки

Международная группа ученых при участии исследователя из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснила, с помощью какого фермента кишечной палочке удается дышать. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Энергия для жизнедеятельности любого организма поступает с пищей и генерируется при помощи окислительно-восстановительных процессов. Пища в энергию преобразуется не сразу, не напрямую, а через посредников. При окислении простых молекул выделяется энергия, и вся она оказывается заключенной в электронах.

Электрон передается в дыхательные цепи на так называемые восстановительные эквиваленты — НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) и убихинол, также известный как коэнзим Q. Мембранные ферменты от восстановительных эквивалентов принимают электроны и передают на молекулярный кислород. Терминальная цитохромоксидаза — главный мембранный фермент, отвечающий за митохондриальное дыхание человека и, как считалось до этого, за дыхание кишечной палочки тоже. Схема действия оксидаз проста: передавая электроны на молекулярный кислород, восстановительные эквиваленты снова окисляются, в результате чего генерируется «энергетическая валюта» клетки — протон-движущая сила.

Бактерия кишечной палочки (E. coli) живет в желудочно-кишечном тракте, где вырабатывается много сероводорода, ослабляющего митохондриальное дыхание. Свободный сероводород подавляет работу цитохромоксидазы. Его концентрация в сотни раз превышает минимально необходимую концентрацию для существенной блокировки этого фермента. Вопреки этому бактерия выживает в кишечнике.

Исследователи предположили, что дыхание в присутствии сероводорода все-таки возможно, но благодаря другой оксидазе. У бактерии кишечной палочки есть оксидазы двух типов: цитохромоксидаза типа bo (аналог «человеческой» цитохром-с оксидазы) и совершенно другие — цитохромы-bd.

Эта гипотеза полностью подтвердилась. «Активность оксидазы bo ингибируется сероводородом полностью, тогда как на работу оксидаз bd H2S совсем не действует. Таким образом, чтобы успешно производить основные виды «энергетической валюты» в условиях высокого содержания сероводорода, представители кишечной микрофлоры должны задействовать уникальный тип терминальных оксидаз, который отсутствует в клетках человека и животных», — комментирует соавтор статьи Виталий Борисов.

Открытие может быть использовано в будущем для создания медицинских препаратов, регулирующих микрофлору кишечника и избавляющих его от вредных бактерий. Поскольку клетки человека не содержат оксидаз типа bd, становится актуальным вопрос о возможности борьбы с болезнетворными бактериями, не причиняя вреда человеческому организму.