Бактерии несут в себе собственную гибель

Многие патогены содержат «внутреннюю бомбу замедленного действия» — смертельный механизм, который можно использовать против них. После многолетней работы исследователи VIB в Свободном университете Брюсселя (VUB) смогли определить структуру и механизм действия задействованных белков. Это открывает путь к поиску способов «завести» эту внутреннюю бомбу и, возможно, к разработке нового класса антибиотиков. Исследование было принято к публикации в ведущем журнале Molecular Cell.

Это в генах

В течение многих лет Натали Де Йонге, Реми Лорис и их коллеги из отдела молекулярных и клеточных взаимодействий VIB в VUB изучали точную структуру и функцию комплекса токсин-антитоксин — системы, которая раньше не привлекала большого внимания. Только в последние несколько лет научное сообщество осознало её важность, и количество публикаций в этой области резко возросло.

Все живые существа, как люди, так и бактерии, хранят свою генетическую информацию одинаково — в ДНК. Каждая человеческая клетка содержит 46 аккуратно упакованных нитей ДНК общей длиной два метра, в то время как бактериям хватает около одного миллиметра ДНК. Участок ДНК, содержащий инструкцию для одного признака, называется геном. У человека несколько десятков тысяч генов.

Токсин и антитоксин

Если генетическая информация повреждается, есть большой шанс заболеть или даже умереть. Это верно и для бактерий, которые со временем выработали удобный способ дополнительной защиты важных генов — систему токсин-антитоксин (T-A). Эти T-A гены расположены рядом с генами, которые нужно защитить. T-A гены содержат инструкции как для токсина, так и для его антитоксина. Пока клетка производит оба, всё в порядке. Однако, если по какой-то причине участок ДНК с T-A геном повреждается или теряется, производство токсина и антитоксина прекращается, и запускается бомба замедленного действия. Поскольку токсин стабильнее антитоксина, клеточные механизмы очистки разрушают его медленнее. Как только весь антитоксин исчезает, остаётся достаточно токсина, чтобы убить бактерию. Результат для вида — бактерии, потерявшие свой T-A ген (и, вероятно, повредившие важные гены рядом с ним), больше не могут размножаться.

Наши самые известные кишечные обитатели, бактерии Escherichia coli (E.coli), имеют такую T-A систему в пяти разных местах своей ДНК, в то время как бактерии Mycobacterium tuberculosis — даже в 60 местах.

Сложная задача

Механизм T-A был известен какое-то время, но никто до конца не понимал, как работают белки, выполняющие инструкции T-A гена. Исследователи VIB детально выяснили как строение токсина и антитоксина, так и механизм их взаимодействия, а также формы, которые они принимают в действии. Это была сложная задача, потребовавшая одновременного использования целого ряда различных технологий. Одна из трудностей, например, заключалась в том, что часть антитоксина не имеет фиксированной структуры. Эта «бесформенность» мешала её визуализации.

Будущее

Теперь, когда мы наконец знаем, как работает бомба замедленного действия (точнее, одна из бомб, поскольку существует несколько близкородственных T-A систем), биомедицинские учёные могут начать поиск веществ, которые заставят бомбу патогенов «тикать». Это могут быть вещества, имитирующие белок токсина, блокирующие белок антитоксина или нарушающие взаимодействие между ними. Со временем это может привести к созданию нового класса антибиотиков — хотя у Природы обычно есть ответный ход на любое действие учёных.

Источник: VIB (Институт биотехнологий Фландрии)