Карта "жизненно важных" элементов Mycoplasma pneumoniae показывает, что нужно для её выживания
Исследователи составили наиболее полную на сегодняшний день карту "жизненно важных" элементов для живого организма, изучив один из простейших микробов — Mycoplasma pneumoniae. Эта работа открывает новые возможности для создания "живых лекарств" на основе этой бактерии.
Метод и масштаб исследования
- Использована техника транспозонного секвенирования для нарушения 450 000 из примерно 816 000 "букв" ДНК в геноме бактерии.
- Исследование охватило каждую вторую позицию ДНК, что позволило оценить важность геномных компонентов не по бинарной шкале ("жизненно важный/неважный"), а по непрерывной шкале значимости.
Ключевые результаты
- Гены: Из 707 генов, кодирующих белки, 220 оказались абсолютно критическими, 86 — почти критическими, 84 — полезными, но не обязательными, а 317 — несущественными в лабораторных условиях. Это означает, что примерно половину генетических инструкций микроба можно удалить или повредить, не убивая его.
- Регуляторные элементы: Из 1050 изученных регуляторных элементов ДНК (включения/выключения генов) только 25 оказались действительно необходимыми. Это подтверждает простоту регуляторной системы бактерии.
- Неожиданное открытие: Некоторые "жизненно важные" гены можно разделить на две части, и клетка при этом остаётся живой. Это намекает на возможное эволюционное слияние предковых генов.
Практическое значение
Карта с количественными оценками "важности" каждого участка ДНК позволяет:
- Предсказывать последствия редактирования: Оценивать, насколько та или иная модификация генома замедлит рост или вызовет стресс у клетки.
- Создавать "живые лекарства": Определять тысячи безопасных "посадочных площадок" для вставки терапевтических генов (например, для доставки лекарств против устойчивых инфекций или рака лёгких) и удалять лишние функции для повышения безопасности.
- Ускорять разработку: Выбирать наиболее щадящие пути модификации бактерии, избегая дорогостоящего метода проб и ошибок.
Исследование, опубликованное в Molecular Systems Biology, проводилось учёными из Центра геномной регуляции (CRG) и ETH Zurich. Работа ведётся в сотрудничестве с биотех-спин-оффом Pulmobiotics.