Изменчивость бактерий в космосе объяснили гиперэкспрессией генов — Naked Science
05.11.2016
6 минут
Редакция

Изменчивость бактерий в космосе объяснили гиперэкспрессией генов

Американские ученые показали, как меняется трансмембранная передача внеклеточных сигналов у бактерий в условиях микрогравитации. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS ONE.

journal

Понимание того, как меняется поведение земных бактерий в условиях микрогравитации, важно для защиты космонавтов в длительных полетах. Например, известно, что в космосе бактерии могут производить больше вторичных метаболитов (витаминов и алкалоидов), становиться более вирулентными и устойчивыми к антибиотикам. По одной из версий, это связано с внеклеточной средой: уменьшение силы тяжести ограничивает способы переноса питательных веществ через мембрану. Но молекулярные механизмы таких нарушений остаются неясными.

 

Исследователи из Колорадского университета в Боулдере проверили теорию трансмембранной передачи на бактериях кишечной палочки (Escherichia coli). Для анализа использовались три группы бактерий, которые помещались в раствор с различным содержанием гентамицин сульфата (антибиотик) — 25, 50 и 75 микрограмм на миллилитр — на Земле и на борту Международной космической станции (МКС). После этого авторы сравнивали экспрессию генов (всего 4313 единиц) микроорганизмов в условиях нормальной и микрогравитации.

 

Модель изменения внутриклеточной среды в условиях микрогравитации. / © Luis Zea, PLoS ONE, 2016

 

Результаты показали, что некоторые гены у E. coli после помещения в раствор на МКС оказались гиперэкспрессированы минимум в десять раз. Более половины этих генов принадлежат двум семействам: thiEFGHS (в 2,2–32,4 раза) и hdeABD (в 2,6–29 раз). Гиперэкспрессия thiEFGHS указывает на повышенный синтез тиамина, который нужен для нормального углеводного обмена, и голодание клеток. В свою очередь гиперэкспрессия hdeABD связана с нарушением кислотно-щелочного баланса. Так, ген hdeA кодирует белок, который защищает бактерию от высокой кислотности.

 

Кроме того, ученые наблюдали гиперэкспрессию генов malE (до 36,07 раз) и lamB (до 30,5 раза), которые обеспечивают транспорт в клетку мальтозы (дисахарида). При этом в эксперименте источником углевода в растворе была глюкоза. Запуск этих генов может говорить о попытках бактерий при микрогравитации найти альтернативные источники питания. За счет гиперэкспрессии других генов (malK, oppAB, oppCDF, Dps, glnG) E. coli, вероятно, пытались ускорить получение энергии, компенсировать дефицит глюкозы и азота и защитить ДНК от повреждений.

 

Гены, которые гиперэкспрессировались на МКС. / © Luis Zea, PLoS ONE, 2016

 

Поскольку гиперэкспрессированными оказались также ряд генов (gadE), связанных с уровнем pH, исследователи попытались выяснить источник их гиперэкспрессии. Дело в том, что pH маркирует только кислотно-щелочной баланс раствора, но не всей окружающей среды. Однако показатель pH в растворах, которые использовались на Земле и на борту МКС, был идентичен. Это позволило предположить, что на бактерии влияла именно высокая кислотность в условиях микрогравитации.

 

«Микрогравитационная среда МКС используется во многих исследованиях, например связанных с разработкой вакцин. Она помогает искать новые мишени в антибиотикорезистентных патогенах, а также испытывать вещества, которые предназначены для борьбы с остеопорозом и раком. Понимание того, как внеклеточные биофизические процессы влияют на передачу сигналов у бактерий, важно не только для космонавтики, но и других областей», — сообщил соавтор работы Луис Зеа (Luis Zea).

Позавчера, 15:29
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

Позавчера, 17:47
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

Вчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

Позавчера, 15:29
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

Позавчера, 17:47
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

30 ноября
16 минут
Редакция

Вокруг много людей часто курят что-то, но это не вейп и не электронные сигареты. Еще и называют это все по-разному: то устройства нагрева табака, то системы, то вообще загадочно «айкос». Говорят, в США такие штуки уже разрешили к продаже, а вот на вейпинг начнут гонения. Что это за нагрев табака такой, вредно или нет? Попробуем разобраться.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

19 ноября
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: