РНК управляет синтезом белка в бактериях: наблюдения за контролем транскрипции

Исследователи из Мичиганского университета впервые напрямую наблюдали, как РНК регулирует сопряжённые процессы транскрипции и трансляции в бактериях. Это открывает новые пути для разработки антибиотиков.

Уникальность бактериального процесса

В отличие от эукариот, у бактерий транскрипция (синтез мРНК на матрице ДНК) и трансляция (синтез белка рибосомой на матрице мРНК) происходят одновременно. Это позволяет осуществлять сопряжение транскрипции и трансляции: первая рибосома следует непосредственно за РНК-полимеразой.

Ключевое открытие

Исследователи обнаружили, что модуляция эффективности трансляции вновь синтезированной мРНК влияет на скорость её синтеза (транскрипции). Когда трансляция останавливается или замедляется, скорость транскрипции также падает, чтобы избежать перепроизводства РНК, которая в клетке будет деградирована.

Метод исследования

Для управления трансляцией учёные использовали трансляционный рибопереключатель (riboswitch) из мРНК бактерии сибирской язвы (Bacillus anthracis). Этот структурированный участок РНК меняет конформацию при связывании лиганда, что снижает трансляцию.

Исследование показало, что рибопереключатель, как считалось ранее регулирующий только трансляцию, на самом деле может регулировать оба процесса, используя их сопряжение.

Экспериментальный подход

Учёные применили комбинацию методов флуоресцентной микроскопии одиночных молекул, чтобы в реальном времени наблюдать динамику взаимодействия аппаратов транскрипции и трансляции. Они разработали уникальную стратегию для прямого наблюдения за сопряжением, обнаружив, что маленький рибопереключатель контролирует работу гораздо более крупных машин транскрипции и трансляции.

Значение и перспективы

• Для медицины: Результаты открывают путь к разработке новых антибиотиков, которые будут нацелены на механизм сопряжения, а не на отдельные процессы транскрипции или трансляции. Это особенно актуально для борьбы с устойчивыми штаммами бактерий.
• Для фундаментальной науки: Работа закладывает основу для будущих исследований РНК и даёт представление о сходных процессах у других патогенов. Остаётся открытым вопрос о роли других клеточных факторов в поддержании сопряжения.

«Завораживает видеть, как огромные машины транскрипции и трансляции контролируются крошечной мРНК для регулируемой экспрессии генов в бактериях», — отметил соавтор Сураджит Чаттерджи.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.