Организм, инфицированный патогенной бактерии должен противостоять окислительному стрессу, брошенному в бой иммунной системой борющегося с инфекцией организма или антибиотиками. Однако ученые не вполне понимают, как микробы сопротивляются такой атаке.

Новая информация позволяет утверждать, что бактериальный белок, имеющий название Dps, может защищать клетки генома, отправляя электроны для собственной починки по цепочке ДНК к местам, которые подверглись атаке окислителя.

В соответствии с утверждением Жаклин К. Бартон (Jacqueline K.Barton) из Калифорнийского технологического института, одним из интересных характерных свойств белка Dps является железо, в большом количестве входящее в состав этого белка. Бартон отмечает, что близкая к сферической форма белка Dps имеет 24 сайта, связывающих железо, которые группируют атомы железа в белке образуя некое подобие железной конфетки M&M с белковой оболочкой. Однако исследователи до определенного момента не знали, зачем белку Dps нужно все это железо.

Бартон и другие исследователи считают, что белок Dps защищает ДНК от окислительного повреждения с за счет большого количества электронов, локализованного во внутренней части белка богатой железом. Исследователи выделяют пару ключевых моментов в поддержку своей гипотезы: белок связывается с ДНК, и бактерия вырабатывает белок Dps под влиянием окислительного стресса. В таких стрессовых условиях химически активные частицы кислорода, как например перекись водорода, могут атаковать нуклеотиды ДНК, генерируя на этих нуклеотидах радикальные центры. Из-за наличия неспаренных электронов радикалы охотно реагируют с водой или другими молекулами, находящимися поблизости, таким образом, разрушая нуклеотиды. Когда клетка разрушает нуклеотиды ДНК в своем собственном геноме, она испытывает затруднения с правильным считыванием генов или воспроизведением своей ДНК.

Такой белок как Dps с 24-железными центрами может перемещать электроны к радикалам, образующимся в условиях окислительного стресса, для подавления их реакционной способности и предотвращения повреждения собственных нуклеотидов клетки.

Проблема заключается в том, что бактерия не вырабатывает достаточно белка Dps, чтобы защитить большую часть своего генома. Как результат может происходить значительное растяжение нити ДНК, что реализуется, если достаточно близко отсутствует Dps, который может нейтрализовать радикальный центр прежде, чем он начнет взаимодействовать с другими молекулами.

Бартон задумалась, как белок Dps решить эту проблему. Бартон говорит, что заряды могут перемещаться на дальние расстояния по многоярусным нуклеотидам двойной спирали ДНК. Таким образом, Бартон выдвинула гипотезу, что белок Dps может защитить геном с помощью перемещения заряда, отправляя электроны по многоярусным нуклеотидам ДНК для того, чтобы исправить разрушения, вызванные окислением на удаленных участках.

Для проверки гипотезы переноса заряда Бартон изучала in vitro Dps и поврежденную ДНК. В результате исследований впервые был впервые предложен маршрут, в соответствии с которым происходит повреждение ДНК. Для этого исследователи из группы Бартон выбрали рутенийсодержащие фрагменты рутения, чтобы они сделали свою «грязную работу».

Исследователи поместили рутениевые частицы в участок ДНК, содержащий 70 нуклеотидных пар и облучили молекулу. Свет инициировал цепную реакцию, которая инициировала окисление нуклеотидов рутенийсодержащими частицами. Окисленные участки ДНК отличаются в размере от нетронутой ДНК, поэтому исследователи могли использовать электрофорез в геле для разделения участков ДНК и посмотреть причиненные повреждения. Химики повторили эксперимент, добавив к смеси белок Dps. В результате наблюдалось, что повреждения ДНК снижаются на 80%.

Бартон говорит, что вероятно белок Dps действует на расстоянии. В другом эксперименте химики применили флуоресцентную спектроскопию для измерения интенсивности излучения, испускаемого комплексом рутений-ДНК. Когда к комплексу добавили белок Dps, не наблюдалось изменения в интенсивности люминесценции по сравнению с люминесценцией комплекса рутений-ДНК в отсутствии белка Dps. На основании этих данных исследователи предположили, что белок не находился в достаточно близком контакте с рутенийсодержащей частицой.

Синтия Ж. Бэрроус (Cynthia J. Burrows) из Университета Юты считает, что полученные исследователями результаты предполагают возможность создания нового терапевтического плана действий с бактериальными инфекциями. По мнению Бэрроус, разработка антибиотиков, которые могут прекратить деятельность белка Dps, может быть способом борьбы с патогенными бактериями.