ŚFiNiA

bioslawek

System sekrecji typu IV – Zdumiewająca i nieredukowalnie złożona maszyna molekularna!

Kilka filmów prezentujących zdumiewającą maszynę molekularną – system sekrecji (wydzielania) typu 4. Pierwszy film przedstawia sposób montażu systemu sekrecji typu 4 (T4SS). T4SS to nanomaszyny wykorzystywane przez bakterie do wydzielania makrocząsteczek, w tym białek i DNA. Najczęściej systemy T4S są stosowane w koniugacji bakteryjnej, procesie, w którym bakterie wymieniają między sobą materiał genetyczny, taki jak plazmidy.

Zazwyczaj T4SS składa się z 12 komponentów zwanych VirB1-11 i VirD4. Trzy składniki, VirB7, VirB9 i VirB10, tworzą tak zwany kompleks rdzenia błony zewnętrznej (OMCC). OMCC łączy się z kompleksem wewnętrznej błony (IMC) złożonym z VirD4, VirB4, VirB3, VirB6, VirB8 i części VirB10. OMCC i IMC są połączone za pomocą szypułki o nieznanym składzie, być może zbudowanej z VirB2, VirB5 lub VirB10. W zależności od przeznaczenia co najmniej dwie ATPazy (VirB4 i VirD4), czasami trzy (VirB4, VirD4 i VirB11) zasilają system.

Na kolejnych filmach można zobaczyć montaż pilusa. Pilus to taka rura, przez którą wedruje od bakterii do bakteii materiał genetyczny. Jeżeli służy do koniugacji, to można go traktować, jako narząd płciowy bakterii – i tak też mniej więcej są nazywane: pile płciowe, lub pisusy płciowe. Na jednym z filmów dokładnie widać montaż i demiontaż pilusa. Specjalnie uformowane białko pełni funcję segregatora i zarazem montażysty.

Kręcąc się w koło przyczepia do siebie poszczególne białkowe klocki i układa je w coraz bardziej wydłużającą się rurę pilusa. Białkiem segregującym kręci zaś heksameryczna ATPaza. Sposób w jaki to robi przypomina ten, w jaki działa heksameryczna domena F-1 w syntazie ATP, kiedy zamiast syntetyzować hydrolizuje ATP:

Syntaza ATP

https://youtu.be/dEv-9yewQ8U

Kiedy pilus spełni swoją funkcję należy go rozmontować. Wówczas oddysocjowuje (odczepia się) jeden typ ATPazy, a przyczepia inny. ATPaza ta podczas napędzana energią z rozkładu ATP kręci białkiem segregującym w drugą stronę, co powoduje stopniowe rozbieranie pilusa, przez usuwanie poszczególnych cegiełek białkowych. Warto zaznaczyć, że po zmontowaniu pilusa, w translokacji materiału genetycznego z jednej bakterii do drugiej bierze udział jeszcze inny typ ATPazy – tym razem ten silnik nie jest przystosowany do zakręcania lub odkręcania, tylko do transportowania (translokaza). Na jednym z fimów możemy zobaczyć, jaki przebieg ma proces koniugacji i jak pomagają w nim specjalne chaperony (białka pomocnicze/ lub opiekuńcze).

System sekrecji typu 4 składa się z wielu niezbędnych i ściśle dopasowanych elementów, które żeby spęłniać swoje funkcje od początku musiały być w komplecie. Ta skomplikowana maszyna ma wszystkie cechy zaawansowanego technicznie, nieredukowalnie złożonego urządzenia!

Montaż

https://youtu.be/h6FJOE9RcbQ

Transfer substratów

https://youtu.be/45oF-c4ozGE

Architektura maszyny molekularnej - systemu sekrecji typu IV

https://youtu.be/HGvnrWrudpA

Biogeneza pilusa

https://youtu.be/ihlFqOK5cZM

Zobacz też:

[link widoczny dla zalogowanych](T4SS/TFSS)

„System sekrecji typu IV (T4SS/TFSS)

T4SS jest homologiczny do bakteryjnych pilusów koniugacyjnych. Jest głównym mechanizmem, dzięki któremu bakterie wydzielają i pochłaniają cząsteczki DNA lub białek. Precyzyjne działanie jego mechanizmu pozostaje nieznane. Został odkryty u Agrobacterium tumefaciens, która używa T4SS do wprowadzania plazmidu Ti do roślinnej komórki-gospodarza, co powoduje chorobę zwaną guzowatością korzeni. Helicobacter pylori używa T4SS do wprowadzania CagA do komórek nabłonkowych jelita, co jest wiązane z tworzeniem się raka żołądka[5]. Bordetella pertussis, bakteria powodująca krztusiec, wydziela toksyny przez T4SS. Legionella pneumophila, powodująca chorobę legionistów, korzysta ze zmodyfikowanego T4SS (T4BSS) do wprowadzania toksyn do komórek eukariotycznego gospodarza.”

MECHANIZMY SEKRECJI BAKTERII GRAM-UJEMNYCH ñ SYSTEMY SEKRECJI IV TYPU

[link widoczny dla zalogowanych]

Inne systemy sekrecji:

System sekrecji typu III

Różne rodzaje systemów sekrecji. Rzuca się w oczy brak homologii, więc dowodów na filogenezę tych maszyn molekularnych (wspólne pochodzenie):

As reported at ENV: „In summary, the T4S, with its 12 protein parts, represents another irreducibly complex, ATP-powered mechanism for pumping a wide range of molecules from inside to outside the cell.” [link widoczny dla zalogowanych]

Animacja przedstawia biogenezę Pilusa na zewnętrznej błonie bakterii gram-ujemnych. Pilusy bakteryjne pośredniczą w rozpoznaniu i związaniu się z żywicielem:

https://youtu.be/ly12vAUYcAU

Gdyby zabrakło jednego białka w kompleksie transportowym system by się załamał! Kompleks znajduje pełną analogię do tej metaforycznej ilustracji. Trzy białka o precyzyjnie określonym kształcie (konformacji) oraz precyzyjnie dopasowanych domenach służą do otwierania sejfu. Innymi słowy kompleks tworzy maszynę, której funkcją jest otwieranie sejfu. Gdybyśmy usunęli jedno z tych białek, to czy trzy-białkowa maszyna napędzana energią uzyskaną z hydrolizy ATP otworzyłaby sejf? Czy możliwa była ewolucja tego systemu poprzez dodawanie kolejnych elementów do maszyny i na każdym etapie transformacji otwieranie sejfu?

Nieredukowalna złożoność = silna, negatywna epistaza!

[link widoczny dla zalogowanych]

O konieczności komplementarnych dopasowań w biologii molekularnej

[link widoczny dla zalogowanych]