Бактерии идут на смертельный риск ради выживания

Бактериям нужны мутации — изменения в их ДНК — чтобы выживать в сложных условиях. При необходимости они могут даже менять скорость мутирования. Это показало недавнее исследование Центра микробной и растительной генетики KU Leuven (Бельгия). Результаты открывают новые пути для исследований — от более эффективного производства биотоплива до улучшения лечения бактериальных инфекций и рака.

В условиях стресса бактерии начинают мутировать, чтобы произвести один или несколько вариантов ДНК, позволяющих им выжить и размножиться. Но в обычных условиях мутации опасны, так как ослабляют бактерии. Ключ — найти баланс между слишком большим и слишком малым количеством мутаций. Потеря этого баланса приводит к гипермутации: клетка мутирует гораздо быстрее нормы, что в итоге ведёт к её гибели.

Поскольку научные знания о роли гипермутации ограничены, исследователи KU Leuven изучили её механизм у кишечной бактерии Escherichia coli. «E.coli — известная причина диареи, но большинство штаммов E.coli — безвредные кишечные бактерии, встречающиеся у людей и животных», — говорит профессор Ян Михилс. «Воздействие высоких, почти смертельных концентраций этанола запускает гипермутацию у E.coli. Мы с удивлением обнаружили, что скорость гипермутации у бактерий может быстро меняться: бактерии мутируют быстрее при более высоких концентрациях этанола и медленнее, когда стресс от этанола ослабевает. Как только опасность миновала, бактерии "нажимают на тормоз" и пытаются вернуться в нормальное состояние без гипермутации».

Гипермутация позволила бактериям выжить под действием этанола и позволила исследователям отобрать мутантов E. coli, очень устойчивых к этанолу. Это открывает новые перспективы для исследований в производстве биотоплива. «В процессе производства биотоплива сахар получают из растительных остатков и подобных отходов. Этот сахар, в свою очередь, превращается в этанол. E.coli можно использовать для этой цели: они могут превращать сахара в этанол, но в итоге гибнут от производимого ими же этанола. Благодаря гипермутации мы получили варианты, менее восприимчивые к этанолу и быстро растущие. Это значит, что мы, возможно, сможем использовать их для более эффективного производства биотоплива».

«Другое применение — борьба с устойчивостью бактерий к антибиотикам и устойчивостью раковых клеток к химиотерапии», — добавляет аспирант Тун Свингс. «Антибиотики представляют смертельную угрозу для бактерий. Бактерии защищаются, мутируя, и в результате у них развивается устойчивость к антибиотикам. То же самое происходит с раковыми клетками после лечения. Поэтому блокирование гипермутации может стать возможным методом лечения или даже новой сопутствующей терапией».