Как почвенные бактерии адаптируются к богатым или бедным условиям

Ученые определили уникальный механизм, который почвенная бактерия Pseudomonas fluorescens использует для эффективного использования питательных веществ в корневой среде растений.

Это открытие предлагает множество новых применений, по мнению команды ученых из John Innes Centre: для изучения патогенов человека, для синтетической биологии и для создания биосенсоров, помогающих обнаруживать биологические изменения в растениях и их окружении.

P. fluorescens — обычная почвенная бактерия, колонизирующая корни растений, вступая в «брак по расчету»: она улучшает здоровье растения в обмен на питательные вещества, выделяемые корнями.

Команда показала, как «двойные» транскрипционные факторы HexR и RccR могут перестраивать центральный углеродный метаболизм в P. fluorescens, позволяя бактерии адаптироваться к окружающей среде.

Исследование, опубликованное в журнале PLOS Genetics, дает фундаментальное новое понимание того, как бактерии настраивают свои метаболические реакции на доступные питательные вещества.

В частности, белок RccR использует уникальный и сложный двухпозиционный переключатель, который позволяет ему одновременно подавлять и активировать экспрессию разных генов.

Доктор Джейкоб Мэлоун объяснил: «Белок RccR функционирует совершенно иначе, чем обычные регуляторы такого типа. Практически каждый известный нам регулятор работает по принципу "включено-выключено" — он либо связывается с ДНК, либо нет. RccR, напротив, использует переключатель "или-или". Принципы, лежащие в основе функции RccR, делают его невероятным инструментом для использования в качестве биосенсора и открывают большой потенциал для синтетической биологии».

Исследование не только объясняет, как P. fluorescens адаптирует свой метаболизм, но и предполагает медицинское применение.

Соавтор работы Розария Кампилонго объяснила, как эти находки можно применить к изучению патогена человека Pseudomonas aeruginosa, играющего важную роль в инфекциях легких при муковисцидозе: «Система RccR присутствует у всех видов Pseudomonas, включая патогены человека. Это означает, что характеристика RccR у P. fluorescens может открыть новые пути для понимания патогенеза и потенциального лечения P. aeruginosa».