Учёные выяснили, как бактерии борются с токсичным фторидом

Исследователи из Йельского университета раскрыли молекулярные механизмы, которые бактерии используют для противодействия фториду. Этот элемент широко применяется в зубных пастах и ополаскивателях для борьбы с кариесом.

В онлайн-выпуске журнала Science Express от 22 декабря сообщается, что участки РНК-матриц, называемые рибопереключателями (riboswitches), обнаруживают накопление фторида и активируют защитные системы бактерий, включая те, что вызывают кариес.

"Эти рибопереключатели — детекторы, созданные специально для обнаружения фторида", — сказал Рональд Брейкер, профессор и заведующий кафедрой молекулярной, клеточной биологии и биологии развития, старший автор исследования.

Фторид в зубных пастах связывается с зубной эмалью, укрепляя её против кислот, производимых бактериями. Однако десятилетиями известно, что фторид в высоких концентрациях токсичен и для самих бактерий.

Рибопереключатели противодействуют этому эффекту. "Если концентрация фторида в клетке достигает токсичного уровня, фторидный рибопереключатель захватывает его и включает гены, которые могут нейтрализовать его действие", — пояснил Брейкер.

Это открытие удивило учёных, поскольку и фторид, и молекулы РНК-сенсора несут отрицательный заряд и, по идее, не должны связываться.

"Мы были ошеломлены, обнаружив фторид-чувствительные рибопереключатели. Учёные бы заявили, что РНК — худшая молекула для сенсора фторида, и тем не менее мы нашли более 2000 таких странных РНК у многих организмов", — сказал Брейкер.

Анализ показал, что эти РНК очень древние. Организмы из как минимум двух ветвей древа жизни используют фторидные рибопереключатели, а белки для борьбы с токсичностью фторида присутствуют у многих видов из всех трёх ветвей.

"Клеткам приходилось бороться с токсичностью фторида миллиарды лет, и поэтому они эволюционировали точные сенсоры и защитные механизмы для борьбы с этим ионом", — отметил Брейкер.

Теперь, когда эти механизмы известны, появилась возможность манипулировать ими, чтобы сделать фторид ещё более токсичным для бактерий. Поскольку фторидные рибопереключатели и защитные белки распространены у бактерий, но отсутствуют у людей, на них можно нацелить лекарства. Например, команда Йеля обнаружила белковые каналы, которые выводят фторид из клеток. Их блокировка другой молекулой привела бы к накоплению фторида в бактериях, повысив его эффективность в борьбе с кариесом.

Фторид — 13-й по распространённости элемент в земной коре. Его использование в зубных пастах и добавление в водопроводную воду в США и других странах остаётся предметом споров.

Новые данные раскрывают лишь механизмы защиты микробов. То, как люди справляются с высоким уровнем фторида, остаётся неизвестным. Брейкер подчёркивает, что польза фторида для здоровья зубов очевидна, а новые открытия не указывают на то, что его текущее применение небезопасно.