Бактерии не всегда работают «точно в срок»: учёные рассчитали оптимальные метаболические пути

Согласно научному консенсусу, живые организмы, как и современная промышленность, производят вещества по принципу «точно в срок» (just-in-time), чтобы избежать излишков и быть эффективными. Однако исследование под руководством профессора Кристофа Калеты из Йенского университета имени Фридриха Шиллера показало, что бактерии, такие как Escherichia coli, не всегда следуют этому принципу.

Принцип «точно в срок» оказался рискованным

Учёные обнаружили, что хотя такой режим производства эффективен, он также рискован: сбой в поставке одного «компонента» может нарушить всю цепочку. Поэтому бактериальная клетка, когда может себе это позволить, отклоняется от последовательной активации ферментов для синтеза белка.

«Если спрос на определённый белок невысок, а производственные мощности клетки позволяют, все необходимые ферменты увеличиваются одновременно», — объясняет Калета.

Принцип «точно в срок» включается только тогда, когда высокий спрос на белок перегрузил бы клетку при одновременном производстве всех «компонентов».

Инструменты для лучшего понимания природы

Для своего исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, учёные применили методы, обычно используемые для оптимизации промышленных процессов. Это позволило доказать, что многие бактерии действительно используют стратегии оптимального производства белков, предсказанные исследователями.

Работа имеет не только фундаментальное значение. Полученные знания могут быть использованы для борьбы с патогенами. Понимание программы, на которой основан метаболизм возбудителя инфекции во время адаптации в организме хозяина, позволит целенаправленно искать точки приложения для новых активных веществ, останавливающих рост и размножение патогена.