Поймано в живых клетках: как бактерии регулируют гены для самозащиты
Впервые в живых клетках показано, как бактерия E. coli регулирует гены, помогающие ей выжить в новой среде. Биохимику Фатеме Захре Рашид удалось это с помощью техники, которую она усовершенствовала. Её исследование изменений 3-мерной структуры хромосомы даёт ключи к способам борьбы с патогенами и было опубликовано в Nature Communications 17 ноября.
Бактерия и её хромосома
Хромосома бактерий свободно плавает в клетке, но сильно компактизирована. ДНК плотно или свободно свернута, с изгибами и петлями, соединяющими удалённые участки ДНК. Белки регулируют, какие гены доступны для считывания и служат шаблонами для создания белков.
Исследование Фатемы Захры Рашид сосредоточено на конкретном участке ДНК в E. coli: опероне ProVWX или ProU. Эта группа генов участвует в защите от осмотического шока, который возникает при резком изменении солёности среды, что может привести к гибели клетки.
Белок связывает участки ДНК двумя «руками»
При осмотическом шоке ДНК в опероне ProU начинает активно считываться. В пробирках это уже связывали с регуляторным белком H-NS, распространённым у бактерий. Профессор Ремус Дейм ранее показал, как этот белок двумя «руками» захватывает две части ДНК, образуя петлю.
Предполагалось, что при осмотическом шоке эти «руки» отпускают ДНК, делая её доступной для считывания и производства защитной системы. Когда равновесие восстанавливается, «руки» снова захватывают ДНК, и транскрипция останавливается.
Снимок клетки
Рашид впервые показала, что этот механизм действительно работает в живых бактериях. Она подвергла живые бактерии осмотическому шоку, а затем добавила фиксатор, «заморозив» все белки и ДНК — сделав снимок клетки.
Из фиксированных клеток она выделила ДНК и разрезала её на мелкие фрагменты. Если оперон был в петле, начальный и конечный фрагменты оказывались связанными. Если нет — они были дальше друг от друга. Это удалось измерить. Также было подтверждено, что при осмотическом шоке производится больше защитной системы на основе генов ProU.
Средство для борьбы с патогенами на основе регуляции их ДНК пока не создано, но достигнут важный этап.
«Подобные механизмы регуляции гораздо дольше изучались у эукариот, организмов с клеточным ядром. Теперь мы видим, что они также высоко развиты у прокариот», — сказал Дейм.
Теперь несколько аспирантов используют этот метод, чтобы изучить, происходит ли то же самое у бактерий при резком изменении кислотности среды (как в желудке) или температуры (при переходе бактерии из окружающей среды в организм хозяина).