Голодные игры генов и микробов
Когда условия становятся суровыми в микроскопическом мире бактерий, одна из лучших стратегий — сформировать биоплёнку, неподвижную колонию клеток, которая обеспечивает защиту. Для людей, страдающих от хронических инфекций, таких как MRSA и болезнь Лайма, биоплёнки часто являются причиной, затрудняющей лечение.
Исследователи под руководством доцента Северо-Восточного университета Юньжун Чая обнаружили новый механизм формирования биоплёнок, который может дать ценное понимание для лечения подобных инфекций. Работа опубликована в журнале eLife.
Обычно бактерии используют специальные «молекулярные машины» для распознавания сигналов окружающей среды. Однако новый механизм не зависит от таких датчиков. Вместо этого он использует естественную «ошибку» в экспрессии генов, чтобы запустить образование биоплёнки при нехватке питательных ресурсов.
Как это работает:
- Когда пищи (сахаров и крахмалов) становится мало, бактерии переключаются на потребление аминокислот — строительных блоков белков.
- Рибосомы, которые считывают генетический код (последовательность кодонов) для сборки белков, могут «спотыкаться» на определённых типах кодонов, особенно когда соответствующая аминокислота в дефиците.
- Учёные давно задавались вопросом, зачем существуют такие «плохие» кодоны.
Команда Чая исследовала ген SinR, который подавляет образование биоплёнки. Они обнаружили, что в последовательности этого гена много «плохих» кодонов для аминокислоты серина. Когда уровень серина низок (потому что бактерии его потребляют), рибосомы чаще «спотыкаются» на этих кодонах, что затрудняет производство белка-ингибитора биоплёнок.
Вывод: Нехватка питательных ресурсов → низкий уровень серина → затруднён синтез белка SinR → снятие подавления → формирование биоплёнки.
Этот механизм может быть универсальным. Один из коллег Чая обнаружил подобную активность в раковых клетках человека, что указывает на возможную общность этого способа регуляции экспрессии генов в ответ на сигналы среды у разных видов.