Бактерии со встроенным термометром

Исследователи из группы «Молекулярная биология инфекций» Центра исследования инфекций им. Гельмгольца (HZI) в Брауншвейге и Технического университета Брауншвейга впервые продемонстрировали, что бактерии рода Yersinia обладают уникальным белковым термометром — белком RovA, который помогает им в процессе заражения.

RovA — это многофункциональный сенсор: он измеряет как температуру хозяина, так и его метаболическую активность и питательные вещества. Если условия подходят для выживания бактерий, белок RovA активирует гены для начала инфекционного процесса. Эти результаты были опубликованы в текущем онлайн-выпуске научного журнала PLoS Pathogens.

Yersinia может вызывать различные заболевания: наиболее известен вид Yersinia pestis, вызвавший чуму в средние века, что привело к гибели около трети населения Европы. Виды Yersinia enterocolitica и Yersinia pseudotuberculosis вызывают воспаление кишечника после пищевого отравления: бактерии заражают клетки кишечника, приводя к сильным приступам диареи. Бактерии Yersinia содержат инвазин в качестве поверхностного белка, помогающего им проникать в клетки кишечника. Иммунные клетки быстро идентифицируют этот так называемый фактор вирулентности как опасность и запускают иммунный ответ. Чтобы избежать этого, бактерии быстро теряют инвазин вскоре после проникновения в организм. Затем микробы адаптируют свой метаболизм и питаются питательными веществами, подготовленными клетками хозяина. Они также производят вещества, которые убивают защитные клетки организма, такие как фагоциты. До сих пор было мало известно о том, как Yersinia способна регулировать эти отдельные стадии инфекции.

Исследователи из HZI под руководством Петры Дерш теперь определили, как работают эти механизмы. Ключевую роль играет белок RovA. Этот белок считывает температуру для бактерий. В зависимости от окружающей среды бактерий, этот белок либо содержит факторы, необходимые для начала инфекции, либо адаптируется к жизни внутри хозяина. «Такое функционирование RovA уникально среди бактерий», — говорит Петра Дерш.

Если бактерии находятся в среде около 25°C, белок RovA обеспечивает образование инвазина в качестве поверхностного белка у Yersinia. Это гарантирует, что Yersinia могут проникнуть в клетки кишечника сразу после попадания в кишечник с температурой 37°C через пищу. В этой теплой среде RovA изменяет свою форму и деактивирует ген, ответственный за производство инвазина. Без инвазина на поверхности бактерии Yersinia становятся невидимыми для иммунной системы организма. В своей новой форме RovA теперь может активировать другие гены в бактериях, чтобы адаптировать метаболизм Yersinia к метаболизму хозяина.

До сих пор о RovA и о том, что он реагирует на температуру, было мало известно. Исследователи столкнулись с загадкой: «Мы давно искали механизмы, регулирующие активность RovA, — говорит Петра Дерш. — Поэтому было тем более удивительно обнаружить, что RovA контролирует различные процессы, действуя как термометр и, таким образом, саморегулируется». В конце процесса RovA отвечает за собственное разложение. Если начальные стадии заражения проходят успешно, бактериям Yersinia больше не нужен RovA: в своей модифицированной форме при 37°C ферменты в бактериях могут атаковать и расщеплять RovA.

Источник: Herbst K, Bujara M, Heroven AK, Opitz W, Weichert M, et al. 2009 Intrinsic Thermal Sensing Controls Proteolysis of Yersinia Virulence Regulator RovA. PLoS Pathog 5(5): e1000435. doi:10.1371/journal.ppat.1000435