• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.05.2022
Сколтех
1 170

В Сколтехе выявили роль случая в возникновении бактерий, устойчивых к антибиотикам

4.7

Исследователи из лаборатории Константина Северинова описали роль случайности в процессе приобретения и поддержании клетками бактерий небольших молекул ДНК, называемых плазмидами. Находящиеся на плазмидах гены делают бактерии устойчивыми к антибиотикам, и для борьбы с этим опасным явлением необходимо учитывать выявленные в исследовании закономерности.

В Сколтехе выявили роль случая в возникновении бактерий, устойчивых к антибиотикам / ©Getty images / Автор: Ирина Мельникова

Работа опубликована в PNAS. Плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК. Попав в бактериальную клетку, они используют ее ресурсы для того, чтобы воспроизводить самих себя и передаваться в дочерние клетки. Клетки способны бороться с плазмидами с помощью защитных систем CRISPR-Cas.

Название CRISPR-Cas отражает два ключевых компонента системы. CRISPR — своего рода база образцов чужеродной ДНК, с которой ранее сталкивалась бактерия. Они используются для распознавания повторно вторгающихся в клетку вирусов-бактериофагов или плазмид. Затем такую чужеродную ДНК уничтожают белки Cas.

Прежде считалось: будучи узнанными системой CRISPR-Cas, плазмиды либо очень быстро уничтожаются, либо изменяют (мутируют) свою ДНК, так что она становится незаметной для CRISPR-Cas. То есть выдерживать прямую конфронтацию с CRISPR-Cas плазмиды не могут.

«Мы доказали, что это не всегда так, — рассказывает первый автор исследования, аспирант Сколтеха Виктор Мамонтов. — Дело в том, что CRISPR-Cas может устранять конечное число молекул плазмиды в единицу времени. Поскольку плазмидная ДНК постоянно копируется, для каждой пары „плазмида — нацеленная на нее система CRISPR-Cas“ существует такая точка, в которой скорости этих двух разнонаправленных процессов уравновешивают друг друга. Если такое равновесие установится, то плазмида может закрепиться в клетках и без накопления дополнительных мутаций».

В верхнем ряду — динамика образования колонии, возникающей из одной клетки кишечной палочки. Исходная клетка содержит плазмиду, против которой действует CRISPR-Cas. Клетки, окрашенные зелёным красителем, имеют плазмиду; остальные её потеряли под действием CRISPR-Cas / ©Виктор Мамонтов и другие / PNAS

Математическое моделирование показало, что небольшой процент клеток, захвативших плазмиду, самопроизвольно приходит в положение равновесия с CRISPR-Cas по воле случая. Мамонтов поясняет: «Хотя при попадании одиночной плазмиды в клетку у нее крайне мало шансов уклониться от защиты CRISPR-Cas, если ей „повезет“, она может успеть размножиться до того, как Cas-белки ее уничтожат. Это не только создает возможность устойчивого существования плазмид в клетках с противодействующей им системой CRISPR-Cas, но и дает дополнительные возможности для возникновения случайных защитных мутаций в плазмидной ДНК, которые полностью выведут ее из-под действия CRISPR-Cas».

«Если перейти от борьбы плазмид за выживание внутри отдельно взятой клетки на уровень клеточной популяции — например, колонии клеток, выросшей на чашке Петри — то здесь нам тоже удалось сделать неожиданное наблюдение, — говорит Мамонтов. — Можно было бы предположить, что в колонии, выросшей на питательной среде с антибиотиком, все клетки будут содержать плазмиды с генами устойчивости к антибиотику, несмотря на противодействие системы CRISPR-Cas.

Оказалось, что это не так: большинство клеток вообще не имеет плазмид и существует в присутствии антибиотика за счет очень немногих клеток, которые достигли устойчивого равновесия между плазмидами и CRISPR-Cas. Именно эти редкие клетки позволяют остальным выжить в присутствии антибиотика».

«По всей видимости, устойчивые к антибиотику клетки помогают остальным, создавая вокруг себя безопасное пространство. И небольшой доли клеток с плазмидами оказывается достаточно на всю популяцию», — говорит Мамонтов. По словам ученых, способность плазмид случайно обходить защитное действие CRISPR-Cas и достигать положения равновесия делает бактериальную популяцию более стабильной, повышая ее разнообразие. Отдельные клетки могут нести ненужную в текущих условиях плазмиду, которая при изменении условий может оказаться полезной и даже спасти популяцию от вымирания.

Предложенная авторами модель включает в себя указанные выше особенности распространения плазмид как в отдельной клетке, так и в клеточной популяции и позволит разрабатывать методы удаления плазмид устойчивости к антибиотикам из клеток патогенных бактерий. Ученые в разных странах стремятся приспособить для этой цели системы CRISPR-Cas: по задумке они смогут лишать особо опасные резистентные бактерии плазмид с генами устойчивости к антибиотикам. Без понимания тонкостей взаимодействия CRISPR-Cas и плазмид создать такие инструменты не получится. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 13:00
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Вчера, 08:27
Александр Березин

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многие другие элементы для возникновения жизни никогда не исчезали с лица нашей планеты.

Вчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

17 июня
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

Позавчера, 13:00
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Позавчера, 20:03
Юлия Трепалина

Хотя полезным свойствам кофе посвящено много исследований, ученые продолжают делать открытия по этой теме. Недавняя работа китайских медиков показала, что регулярное употребление бодрящего напитка способно в некоторой мере снизить вероятность смерти при малоподвижном образе жизни.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно