Бактериальный геном регулируется древней молекулой
Различия между клетками сердца, кожи и мозга определяются экспрессией или «заглушением» генов. Раньше считалось, что этот процесс происходит только у эукариот — организмов с ядром в клетках. Новое исследование Мичиганского университета, опубликованное в Science Advances, подтверждает, что бактерии также используют генетическое заглушение для защиты от вредных мутаций.
«Долгое время считалось, что бактериальные хромосомы полностью экспрессируются, без контроля доступности», — говорит Урсула Якоб, старший автор исследования. — «Это представление кардинально изменилось».
У эукариот экспрессию генов контролируют белки-гистоны, которых, как считалось, нет у бактерий. Однако исследования, включая работу коллеги Якоб Питера Фреддолино, показали, что бактерии действительно регулируют экспрессию генов. Заглушаются те же проблемные мобильные генетические элементы, что и у эукариот (например, гетерохроматин).
У бактерий тоже есть опасные последовательности, такие как профаги — вирусы, встроившиеся в геном. При определённых условиях они могут убить клетку. Поэтому их поиск и заглушение критически важны.
Команда выяснила, как бактерии это делают: с помощью древней молекулы полифосфата, которая есть везде, где есть жизнь. Нобелевский лауреат Артур Корнберг 20 лет изучал её, но не смог понять точную функцию.
Исследователи обнаружили, что полифосфат направляет нуклеоид-ассоциированный белок к участкам генома с проблемными элементами и подавляет их транскрипцию. Если удалить полифосфат или этот белок, бактерии активируют профаги, что приводит к серьёзным мутациям и гибели клеток.
Кроме того, in vitro полифосфат, нуклеоид-ассоциированный белок и ДНК образуют капли в процессе жидкостно-жидкостного фазового разделения — механизма, который также лежит в основе организации компартментов у эукариот.
«Это открытие подтверждает, что бактерии организуют свои хромосомы способами, очень похожими на эукариот», — говорит Фреддолино. Использование этого процесса заглушения может открыть новые пути для создания антибиотиков.