Новый механизм помогает бактериям выживать в стрессовых условиях
Исследование Университета здоровья Юты раскрыло новый механизм, который патогенные бактерии используют для быстрой адаптации к стрессу окружающей среды. Это открытие может объяснить, почему такие распространённые инфекции, как инфекции мочевыводящих путей и сепсис, часто трудно поддаются лечению.
Механизм, описанный в журнале Nucleic Acids Research, влияет на точность синтеза белков в бактериальных клетках. Эти изменения могут повышать шансы бактерий на выживание.
«Понимание того, как патогены выживают в стрессовых ситуациях, может выявить новые мишени для разработки противомикробных препаратов и вакцин», — сказал профессор патологии Мэтью Малви (Matthew Mulvey, Ph.D.).
Адаптация через «шум» в системе
При заражении бактерии сталкиваются со стрессом: высокой кислотностью, солёностью или действием антибиотиков. Догма гласит, что каждый ген кодирует один белок, а транспортная РНК (tRNA) использует эти инструкции для его сборки. Однако в условиях стресса случайные изменения в процессе, опосредованном tRNA, могут быстро изменить набор белков клетки, создавая новые полезные белки, которые помогают организму выжить.
«Растёт понимание, что небольшой "шум" в системе может быть полезен», — отмечает Малви.
Ключевая роль фермента MiaA
Исследователи обнаружили, что бактериальный фермент MiaA особенно чувствителен к стрессу и играет центральную роль в регуляции экспрессии белков. Бактерии, лишённые гена, кодирующего MiaA, плохо росли и не вызывали инфекции мочевыводящих путей или сепсис у мышей. Тот же эффект наблюдался при избыточной экспрессии MiaA.
«Похоже, существует "зона Златовласки", где именно правильное количество MiaA позволяет получить оптимальный ответ на стресс», — сказал соавтор исследования Мэтью Бланго (Matthew Blango, Ph.D.).
Механизм действия: сдвиг рамки считывания
Отключение гена MiaA вызывало случайные сдвиги рамки считывания — ошибки, при которых tRNA доставляет трёхбуквенный генетический код со смещением на одну "букву". Это приводило к нарушению производства важных белков и появлению неожиданных белков.
Дополнительные эксперименты показали, что изменение уровня MiaA может влиять на доступность ключевых метаболитов, которые участвуют в других важных путях стрессового ответа у бактерий. Это делает MiaA ключевым игроком в сети путей, влияющих на устойчивость патогенов к стрессу.
Значение за пределами инфекций
Следующий шаг лаборатории — выяснить, как именно стресс окружающей среды изменяет уровни MiaA в бактериях.
Исследование может иметь значение и за пределами борьбы с инфекциями. У человека экспрессируется версия MiaA, связанная с некоторыми видами рака и метаболическими заболеваниями. «То, что мы узнали о работе MiaA, вероятно, будет актуально для исследований рака и других неинфекционных заболеваний человека», — заключил Мэтью Малви.