Учёные вырастили радиационно-устойчивую E. coli для изучения репарации ДНК

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон наблюдали эволюцию в реальном времени. В исследовании, опубликованном в Journal of Bacteriology, команда профессора Майкла Кокса описывает, как они сделали бактерию E. coli устойчивой к ионизирующему излучению, и выявили лежащие в основе этого генетические мутации и механизмы.

Метод направленной эволюции

Учёные разделили популяцию E. coli на четыре группы. Раз в неделю каждую группу облучали ионизирующей радиацией до гибели 99% клеток. Оставшийся 1% выживших (наиболее устойчивых) выращивали в культуре. Процедуру повторяли, со временем увеличивая дозу радиации. Разделение на группы позволило сравнивать мутации и выявлять ключевые для устойчивости.

Результаты после 50 циклов

Анализ последовательностей, проведённый в Объединённом институте генома (Joint Genome Institute, Министерство энергетики США), выявил мутации в нескольких генах:

• Гены, ответственные за более эффективную репарацию ДНК.
• Ген РНК-полимеразы — фермента, транскрибирующего РНК в ДНК.

Хотя общие механизмы устойчивости (например, усиленная репарация ДНК) совпадают с таковыми у природных радиорезистентных бактерий, многие конкретные мутации обнаружены впервые.

Перспективы и значение

Полученные данные открывают пути для возможного конструирования радиационно-устойчивых бактерий для:

• Защиты полезных микробов кишечника во время лучевой терапии рака (пробиотики).
• Очистки окружающей среды на объектах ядерных отходов.
• Поиска механизмов защиты астронавтов от космической радиации (интерес NASA).

«Мы обнаружили, что E. coli и другие радиочувствительные организмы обладают скрытой способностью становиться высокоустойчивыми к радиации благодаря модификациям нескольких существующих белков репарации ДНК», — говорит ведущий автор Стивен Брукбауэр. — «Насколько нам известно, ещё никто не создавал в лаборатории настолько радиационно-устойчивый организм. Это отличный пример адаптивности жизни».

Эксперимент продолжается: бактерии прошли уже более 125 циклов отбора, и учёные планируют изучать их генетику на дальнейших этапах.