Исследователи из Сколтеха, МГУ, Научно-технологического университета «Сириус» и Института биоорганической химии РАН исследовали роль двух бактериальных генов, которые помогают поддерживать целостность рибосомной РНК под действием РНК-повреждающего риботоксина других бактерий. Они подтвердили роль обоих генов в процессе репарации разорванной РНК и показали, что даже одного из них может быть достаточно для оказания защитного эффекта. Эти результаты помогут ученым лучше понять механизмы бактериальной защиты и способы их преодоления.
Ученые открыли новый способ защиты бактерий от токсинов / ©Getty images
Исследование опубликовано в International Journal of Molecular Sciences. В большинстве микробных сообществ различные виды и штаммы бактерий, которые постоянно конкурируют за ограниченные ресурсы и пространство для жизни. В таких условиях бактерии непрерывно ведут «гонку вооружений»: одни виды производят токсины, чтобы использовать их против конкурентов, а те в ответ вырабатывают инструменты для борьбы с их действием. Зачастую токсины «целятся» в ключевые молекулярные механизмы клетки: в частности, под удар попадает система синтеза белка. Ранее было показано, что действие ряда токсинов нарушает целостность молекул(ы) РНК в составе рибосом — клеточных фабрик по производству белка.
«Бактериальные клетки постоянно пытаются выжить, они всегда пытаются доминировать в экосистеме. Чтобы добиться превосходства, они должны быть в состоянии противостоять атакам других бактерий. Поскольку РНК часто является мишенью, ученые исследуют потенциальные резервные системы, которые бактерии могут использовать в случае нарушения целостности РНК», — объясняет Тинаше Принс Мавиза (Tinashe Prince Maviza), аспирант Сколтеха и первый автор исследования.
Колицины — класс токсинов, которые бактерии выбрасывают в окружающую среду для борьбы с соперниками. Различные типы колицинов действуют на разные элементы клеточного аппарата. Риботоксин колицин Е3 способствует расщеплению молекулы рибосомной РНК (рРНК) в центре декодирования рибосомы — месте, где с мРНК считывается информация о структуре белка и происходит синтез белка. Чтобы справиться с этим критическим повреждением, которое в конечном итоге приводит к гибели клетки, бактерии смогли выработать системы для восстановления повреждений после воздействия колицинов.
Ранее в экспериментах in vitro было показано, что два соседних гена — prfH и rtcB2, которые встречаются в геномах разных бактериальных штаммов, потенциально связаны с повреждением рибосом. В этой статье авторы предположили, что при повреждении рибосомы колицином Е3 белок PrfH помогает разобрать рибосому на отдельные субъединицы, а белок RtcB2 впоследствии восстанавливает нарушенные субстраты центра декодирования.
Ученые продемонстрировали, что эти два гена придают устойчивость к токсичности колицина E3 in vivo, то есть в клетках. Они экспериментально продемонстрировали, что если оба гена удалить из генома кишечной палочки Escherichia coli, бактерии больше не могут сопротивляться действию колицина Е3. Но если оба гена повторно ввести в клетку в виде плазмиды — небольшого кусочка генетического материала, то устойчивость к колицину Е3 восстанавливается. Интересно, что сверхэкспрессии rtcB2 оказалось достаточно для антиколицинового эффекта. Эти результаты подтверждают существование защитной системы бактерий, которая развилась для защиты от колицина E3. В будущем ученым предстоит детально разобраться в молекулярных механизмах, обеспечивающих эту защиту.
«Мы вступили в эпоху множественной лекарственной устойчивости бактерий, когда бактерии вырабатывают устойчивость к нескольким противомикробным препаратам. Поэтому ученые пытаются разгадать механизмы, которые помогают клеткам уходить от атаки и выживать. Более того, детальное исследование этих механизмов может быть важно для разработки лекарств и/или таргетной терапии», — заключает Тинаше.
