Ошибки в клеточной биологии могут быть полезны

Подобно людям, клетки постоянно совершают ошибки. Производство белков — процесс с самой высокой известной частотой ошибок среди всех клеточных процессов. Несмотря на механизмы «корректуры», до 10% всего белкового содержимого в E. coli в любой момент времени может быть синтезировано с ошибками (мистрансляция).

Учёные из группы Дипы Агаше в NCBS исследовали, есть ли польза от таких неспецифических ошибок. Постдок Лаасья Самхита и ассистент Партх Равал вызывали разные виды мистрансляции у E. coli. Они обнаружили, что независимо от того, какие белки были затронуты, ошибки приводили к накоплению особой молекулы-«стража» качества белков — протеазы Lon.

Обычно Lon исправляет дефектные белки, но также нацелена на некоторые белки, участвующие в ключевом бактериальном ответе на повреждение ДНК — SOS-ответе. Повышение уровня Lon смещало баланс в сторону активации этого ответа, но не запускало его, пока не возникало реальное повреждение ДНК.

В нормальных условиях клетки с мистрансляцией росли медленнее обычных. Однако при стрессе, например, при воздействии антибиота ципрофлоксацина (который разрушает ДНК), ситуация менялась. Выживание сразу после воздействия зависело от быстрого и robust SOS-ответа. Клетки с мистрансляцией, уже имевшие повышенный уровень Lon, были «вооружены» и быстро репарировали повреждённую ДНК, тогда как большинство обычных клеток погибало.

Таким образом, мистрансляция давала преимущество: большее количество клеток переживало начальный стресс от антибиотика. Обе группы клеток в итоге приобретали одни и те же генетические мутации, обеспечивающие устойчивость к ципрофлоксацину. Но поскольку изначально выжило больше клеток с ошибками, в этой группе оказалось и гораздо больше устойчивых клеток.

Итог: Мистрансляция привела к раннему, ненаследственному изменению (подготовке SOS-ответа), что, в свою очередь, обеспечило большую популяцию клеток, в которой могли возникнуть мутации устойчивости.

Исследование поднимает новые вопросы: может ли мистрансляция быть ещё одним способом выживания бактерий в природе, как она регулируется в популяции и существуют ли другие неизвестные связи между повреждением ДНК и синтезом белка.