Разгадан механизм работы токсина в защитной системе бактерии — Naked Science
8 минут
Сколтех

Разгадан механизм работы токсина в защитной системе бактерии

4.8

Исследователи Сколтеха из лаборатории профессора Северинова совместно с коллегами из России и США описали схему работы механизма самозащиты бактерий из семейства систем токсин-антитоксин, который приводит к прекращению роста клетки, тем самым защищая ее от бактериофагов, антибиотиков и других угроз.

Исследователи Сколтеха совместно с коллегами из России и США описали схему работы механизма самозащиты бактерий из семейства систем токсин-антитоксин / ©Pavel Odinev / Пресс-служба Сколтеха

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Системы токсин-антитоксин состоят из двух расположенных рядом генов, один из которых кодирует «яд» – белок-токсин, который нарушает различные клеточные процессы, а другой — «противоядие», белок-антитоксин, который нейтрализует токсин.

Пока вырабатывается антитоксин, токсин «спит» (почти как трехголовая собака Пушок из серии книг о Гарри Поттере, которая спит, пока играет музыка). В стрессовых ситуациях, например, когда клетку атакует бактериофаг, антитоксин перестает вырабатываться или разрушается, и токсин «просыпается», нарушая рост клетки, а заодно и размножение вируса.

AtaT2 ингибирует синтез белка ацетил-КоА-зависимым образом / ©academic.oup.com

«Системы токсин-антитоксин широко распространены среди бактерий. Многие ученые пытались ответить на вопрос для чего они нужны, какова их роль в клетке, но однозначного ответа так и не нашли. Высказывались гипотезы о том, что эти системы «альтруистичны», что они убивают зараженные вирусами клетки, предотвращая тем самым распространение инфекции по популяции, но в итоге данные не подтвердились, опубликованные результаты были отозваны — сплошная драма.

Вопрос о том, почему эти системы все-таки существуют у большинства бактерий, может иметь простой, детский ответ: «а потому что». Возможно, эти системы «эгоистичны» — проблема собственного распространения среди бактерий «волнует» их гораздо больше, чем благополучие клетки, в которой они решают поселиться. Как бы то ни было, отсутствие биологической роли не делает токсин-антитоксиновые системы менее интересными с точки зрения дальнейших исследований и возможных практических применений», — говорит Константин Северинов.

Существуют несколько типов систем токсин-антитоксин, большинство из них предсказаны с помощью средств биоинформатики, и лишь немногие изучены экспериментально. Львиная доля токсинов представляют собой рибонуклеазы, которые выводят из строя РНК, однако некоторые из них выполняют другие функции. Группа исследователей под руководством Константина Северинова и Светланы Дубилей из Центра наук о жизни Сколтеха исследовала токсин AtaT2, который относится к редкому классу токсинов GNAT (Gcn5-связанная N-ацетилтрансфераза).

AtaT2 ацетилирует глицильный остаток, присоединенный к тРНК Gly / ©academic.oup.com

В результате, ученые показали, что этот токсин препятствует трансляции белка, то есть синтезу белка рибосомой, за счет порчи транспортной РНК, ответственной за включение в белки простейшей аминокислоты — глицина.

Исследователи модифицировали бактерию E.coli, чтобы иметь возможность «включать» синтез токсина AtaT2, а затем определили механизм работы токсина, наблюдая за поведением «отравленных» клеток. Оказалось, что AtaT2 препятствует трансляции белка, задерживая рибосомы на глициновых кодонах в кодирующих белки последовательностях матричной РНК. В результате рибосомы не могут довести процесс строительства белков до конца.

Примечательно, что антитоксин, образующий пару с AtaT2, не содержит глицина, поэтому токсин не влияет на процесс синтеза антитоксина. Исследователи предполагают, что в результате возникает внутренняя обратная связь, которая препятствует образованию слишком большого количества AtaT2 и способствует скорейшему восстановлению клеток, оказавшихся под воздействием токсина.

Если гипотеза об «эгоистичном» характере систем токсин-антитоксин верна, можно предположить, что между этими системами идет борьба за хозяйские клетки – бактерии. Если это действительно так, то со временем у родственных токсинов должны оказаться разные мишени, так как это позволит снизить уровень конкуренции между разными системами.

Профессор Северинов и его коллеги предполагают, что в семействе токсинов GNAT эти различия могут выражаться в том, что мишенями окажутся транспортные РНК, специфичные для каждой из 20 генетически кодируемых аминокислот. «Если это предположение верно, то группа таких токсинов, независимо от их биологической функции, может стать эффективным инструментом, позволяющим управлять каждым отдельным этапом синтеза белка внутри клетки, что может послужить основой для создания новых мощных антибиотиков», – отмечает Северинов.

В исследовании принимали участие специалисты Института биологии гена РАН, МГУ имени М. В. Ломоносова, Иллинойского университета (США), Школы остеопатической медицины при Университете Роуэна (США) и Института микробиологии Ваксмана при Ратгерском университете (США).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
118 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
10 часов назад
30 минут
Редакция

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

2 часа назад
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

8 часов назад
7 минут
Ольга Иванова

Антрополог из Цюрихского университета Ицхак Бен Мокко провел исследование, посвященное человеческим репродуктивным привычкам. В частности, он попытался ответить на вопрос, почему люди предпочитают заниматься сексом наедине, в то время как почти все остальные животные делают это в присутствии сородичей.

3 августа
4 минуты
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

10 часов назад
30 минут
Редакция

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

2 часа назад
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

12 июля
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: