Суицидальные бактерии: биологи изучают одноклеточные организмы, которые иногда отравляют себя токсином

Цианобактерия Synechocystis производит токсины, которые часто приводят к её собственной гибели. Биологи Штефан Копфманн и профессор д-р Вольфганг Хесс из Университета Фрайбурга определили логику, управляющую этим механизмом. Их результаты опубликованы в авторитетных журналах Journal of Biological Chemistry (JBC) и Public Library of Science (PLoS ONE).

Цианобактерия Synechocystis производит несколько токсинов. Однако в большинстве случаев они не могут активироваться, потому что одноклеточный организм обычно производит их только вместе с антитоксином, который нейтрализует их ядовитый эффект. Это трюк природы: гены для токсина и антитоксина расположены вместе на плазмиде — фрагменте ДНК, существующем независимо от основной бактериальной хромосомы.

В отличие от токсина, антитоксин не очень стабилен. Когда клетка теряет плазмиду во время деления, оба гена теряются. Поскольку токсин более стабилен, чем антитоксин, и, следовательно, действует дольше, эти клетки в конечном итоге погибают. Таким образом, пары токсин-антитоксин представляют собой естественный механизм отбора, который следит за тем, чтобы выживали только клетки, сохранившие плазмиду.

Плазмида pSYSA цианобактерии Synechocystis имеет не одну, а семь различных систем такого рода и, следовательно, хорошо защищена. Причина в том, что помимо генов для семи пар токсин-антитоксин, плазмида pSYSA содержит генетическую информацию для бактериальной иммунной системы. Если плазмида с этой системой теряется при делении клетки, несколько токсинов обеспечивают гибель бактерии. Тот факт, что ответственные за это гены объединены с большим количеством пар токсин-антитоксин, указывает на особое значение этой системы для клетки цианобактерии.