Бактерии-«зомби»: механизм самоликвидации при сбоях в клеточном цикле

Фундаментальная способность клетки — точно копировать генетический материал и распределять его между дочерними клетками. Новое исследование впервые экспериментально показывает, что у бактерий существуют как минимум две контрольные точки, связывающие репликацию ДНК с делением клетки.

Связь деления и репликации ДНК

Традиционно считалось, что из-за способности бактерий в богатой питательными веществами среде перекрывать процессы деления и репликации ДНК (многочисленные вилки репликации), у них отсутствуют строгие системы контроля клеточного цикла, характерные для эукариот.

Эксперименты Хайди А. Архес и её коллег из лаборатории Петры Левин (Current Biology, 28 августа) опровергают это представление. Они показали, что:

• Новые раунды репликации ДНК зависят от успешного завершения деления клетки.
• Сборка делящего аппарата (Z-кольца) в центре клетки зависит от инициации репликации ДНК.

Точки невозврата и состояние «зомби»

При блокировке одного из процессов клетка пытается восстановиться. Однако если это не удаётся сделать быстро, срабатывают предохранительные механизмы:

• При блокировке деления репликация ДНК постепенно ослабевает, и примерно через пять поколений бактерия достигает точки невозврата.
• При прямой блокировке репликации ДНК точка невозврата наступает примерно через три поколения.

Клетка, достигшая точки невозврата, навсегда выходит из клеточного цикла, входя в «зомби»-подобное состояние — она не может размножаться даже в идеальных условиях. Учёные предполагают, что такая «альтруистическая» самоликвидация старых или повреждённых клеток может приносить пользу бактериальному сообществу, устраняя конкурентов за питательные вещества и предотвращая появление дефектного потомства.

Перспективы для медицины

Понимание механизмов контроля клеточного цикла у бактерий открывает новые пути для создания антибиотиков:

• Препараты, «подталкивающие» бактерии к точке невозврата, остановят размножение и развитие инфекции.
• Блокировка репликации ДНК предотвратит передачу генов антибиотикорезистентности.
• Клетка, вступившая в терминальную остановку цикла, не может восстановиться даже после метаболизма и выведения препарата.

Уже ведутся работы в этом направлении. Например, препарат PC190723, блокирующий деление у Staphylococcus aureus, в комбинации с метициллином показал эффективность против устойчивых изолятов MRSA, сенсибилизируя бактерии к антибиотику.

Следующий шаг — выяснить молекулярные механизмы сигналинга между системами деления и репликации ДНК, которые и станут мишенями для новых терапевтических стратегий.