Учёные обнаружили новый тип бактериальной защиты от токсинов

Исследователи из Сколтеха, МГУ, Университета «Сириус» и Института биоорганической химии РАН изучили роль двух бактериальных генов, которые помогают поддерживать целостность рибосомальной РНК (рРНК) против повреждающего РНК риботоксина, продуцируемого другими бактериями. Они подтвердили роль обоих генов в процессе репарации разорванной РНК и показали, что даже один из них может быть достаточен для обеспечения защитного эффекта. Эти результаты помогут лучше понять механизмы бактериальной защиты и способы их преодоления, особенно в эпоху распространения мультирезистентных патогенов. Исследование опубликовано в International Journal of Molecular Sciences.

Микробные сообщества часто представлены множеством видов, конкурирующих за ограниченные ресурсы. Эта конкуренция провоцирует «гонку вооружений»: одни виды вырабатывают токсины против конкурентов, другие — средства защиты. Ключевая молекулярная машинерия клетки, в частности система синтеза белка, часто становится мишенью токсинов. Ранее было показано, что действие ряда токсинов повреждает целостность молекул РНК в составе рибосом — клеточных «фабрик» по производству белка.

Колицины — класс бактериальных токсинов, выделяемых в среду для повреждения других штаммов бактерий. Разные типы колицинов действуют на разные элементы клеточной машинерии. Риботоксин колицин E3 опосредует расщепление молекулы рРНК в декодирующем центре рибосомы — участке, где считывается информация о структуре белка, закодированная в мРНК, и происходит синтез белка.

Ранее in vitro было показано, что два соседних гена, prfH и rtcB2, спорадически распространённые у разных бактериальных штаммов, потенциально участвуют в устранении повреждений рибосом. Авторы предполагают, что когда рибосома повреждена колицином E3, белок PrfH помогает разобрать её на отдельные субъединицы, что затем позволяет белку RtcB2 восстановить разорванные субстраты декодирующего центра.

В новом исследовании учёные продемонстрировали, что эти два гена обеспечивают устойчивость к токсичности колицина E3 in vivo. Экспериментально показано, что если оба гена удалить из генома Escherichia coli, бактерии теряют устойчивость к колицину E3. Если же оба гена reintroduce в клетку на плазмиде, устойчивость восстанавливается. Интересно, что сверхэкспрессии одного лишь гена rtcB2 оказалось достаточно для проявления антиколицинового эффекта. Эти результаты подчёркивают существование системы противодействия, которая могла эволюционировать для нейтрализации активности колицина E3.

«Мы вступили в эру бактериальной мультирезистентности, когда бактерии развивают устойчивость к нескольким противомикробным препаратам. Поэтому учёные пытаются раскрыть механизмы, которые помогают клеткам выживать и сохраняться в различных условиях. Более того, расшифровка некоторых из этих механизмов может быть важна для открытия новых лекарств и/или терапии, нацеленной на конкретные виды», — отмечает первый автор исследования, аспирант Сколтеха Тинеш Принс Мавиза.