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
134 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.
Сегодня, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

Позавчера, 18:46
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

8 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые разработали модель, которая позволяет высчитать скорость изменения горного ландшафта. С ее помощью удалось установить, что среднегодовое количество осадков влияет на эрозию пород и может деформировать горы.

Сегодня, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

Позавчера, 18:46
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[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: