LamB

LamB — это белок наружной мембраны грамотрицательных бактерий, в частности кишечной палочки (Escherichia coli), который функционирует как порин, специфичный для транспорта мальтозы и мальтоолигосахаридов. Он также известен как мальтопорин или рецептор для бактериофага лямбда (λ), откуда и происходит его название. LamB относится к классу трансмембранных белков, образующих каналы в наружной мембране, и играет ключевую роль в метаболизме углеводов, а также в процессах инфицирования бактерий бактериофагами.

История открытия и номенклатура

Белок LamB был впервые идентифицирован в 1970-х годах в ходе исследований рецепторов бактериофага λ. Учёные обнаружили, что мутанты E. coli, устойчивые к заражению этим фагом, утрачивают способность транспортировать мальтозу. Ген, кодирующий LamB, был назван lamB (от «lambda receptor»). Позднее было установлено, что этот белок является частью мальтозного регулона — группы генов, контролирующих утилизацию мальтозы. В 1980-х годах была определена трёхмерная структура LamB с помощью рентгеновской кристаллографии, что сделало его одним из первых поринов, чья структура была расшифрована на атомном уровне.

Структура

LamB представляет собой тримерный белок, состоящий из трёх идентичных субъединиц. Каждая субъединица образует β-цилиндр, пронизывающий наружную мембрану. В отличие от неспецифических поринов (например, OmpF или OmpC), канал LamB сужен и имеет специфические аминокислотные остатки, образующие «селективный фильтр». Этот фильтр обеспечивает преимущественный транспорт мальтозы и её полимеров (до 7–8 глюкозных единиц) за счёт водородных связей и ван-дер-ваальсовых взаимодействий.

Основные структурные элементы

• β-цилиндр: состоит из 18 антипараллельных β-складчатых листов, формирующих пору.
• Петли: внеклеточные петли (L1–L9) участвуют в связывании бактериофага λ и мальтозы. Петля L3, входящая внутрь канала, создаёт сужение.
• Тримерная ассоциация: три мономера стабилизируются гидрофобными взаимодействиями и ионными связями.

Функции

Транспорт мальтозы и мальтоолигосахаридов

LamB обеспечивает пассивный транспорт мальтозы (дисахарида, состоящего из двух остатков глюкозы) и более длинных мальтоолигосахаридов через наружную мембрану. Этот процесс не требует затрат энергии, так как движущей силой является градиент концентрации. Внутри клетки мальтоза далее расщепляется ферментами мальтозного оперона.

Рецептор для бактериофага λ

Бактериофаг λ использует LamB для прикрепления к бактериальной клетке. Внеклеточные петли белка распознаются фибриллами хвоста фага. После связывания фаг впрыскивает свою ДНК в цитоплазму бактерии, что приводит к лизису или лизогении. Мутации в гене lamB приводят к устойчивости бактерий к этому фагу.

Роль в патогенезе

У некоторых патогенных штаммов E. coli и других грамотрицательных бактерий (например, Salmonella enterica) LamB может участвовать в адгезии к клеткам хозяина и колонизации кишечника. Однако его основная роль остаётся метаболической.

Регуляция экспрессии

Экспрессия гена lamB контролируется мальтозным регулоном. При наличии мальтозы в среде активатор MalT связывается с промоторной областью и инициирует транскрипцию. В отсутствие мальтозы или при наличии глюкозы (катаболитная репрессия) экспрессия подавляется через систему cAMP-CRP. Таким образом, LamB синтезируется только в условиях, когда мальтоза доступна как источник углерода.

Сравнение с другими поринами

Применение в биотехнологии

LamB используется в качестве модели для изучения структуры и функции поринов. Его способность связывать мальтозу применяется в биосенсорах для обнаружения углеводов. Кроме того, на основе LamB разрабатываются вакцины против бактериальных инфекций, так как его внеклеточные петли могут быть мишенями для антител.

Интересные факты

• LamB является одним из наиболее изученных мембранных белков благодаря своей стабильности и возможности кристаллизации.
• Бактериофаг λ, использующий LamB, широко применяется в генетической инженерии для клонирования ДНК.
• У некоторых бактерий, например Klebsiella pneumoniae, гомологи LamB участвуют в транспорте сахарозы.

Источники

• Nikai do H. (2003). Molecular Basis of Bacterial Outer Membrane Permeability Revisited. Microbiology and Molecular Biology Reviews.
• Schirmer T. et al. (1995). Structural basis of sugar translocation through maltoporin channels. Science.
• Boos W., Shuman H. (1998). Maltose/Maltodextrin System of Escherichia coli: Transport, Metabolism, and Regulation. Microbiology and Molecular Biology Reviews.
• Randall L. L., Hardy S. J. S. (2002). The MalT regulon in Escherichia coli. Journal of Bacteriology.