Карта сайта

ИН-ТРЕНД|IN-TREND

Ген, повышающий фенотипическое разнообразие, помогает микобактериям защищаться от антибиотиков


Американские биологи расшифровали механизм, помогающий туберкулезной палочке и другим микобактериям противостоять антимикробным препаратам. При делении палочковидных бактерий каждая дочерняя клетка наследует один из своих концов (полюсов) от родительской клетки, а второй формируется заново в процессе деления. Поэтому у каждой клетки один из полюсов всегда новый, а возраст второго варьирует в широких пределах. Как выяснилось, ген LamA, функция которого до сих пор была неизвестна, тормозит рост недавно образовавшихся полюсов. Из-за этого клетки растут асимметрично (один конец быстрее другого), и даже генетически идентичные бактерии сильно различаются по скорости роста, а заодно и по устойчивости к антибиотикам. Таким образом, ген LamA повышает фенотипическую изменчивость бактерий при неизменном геноме. Если его отключить, изменчивость снижается, и популяцию микобактерий становится проще уничтожить антибиотиками.

Для разработки эффективных стратегий борьбы с микобактериальными инфекциями, включая туберкулез, было бы полезно научиться контролировать работу молекулярных механизмов, позволяющих микобактериям быть разнообразными при одном и том же геноме. Но для этого упомянутые механизмы нужно сначала выявить и изучить. Именно это и попытались сделать биологи из Гарвардской школы здравоохранения им. Т. Х. Чана в Бостоне, чья статья опубликована в свежем выпуске журнала Nature.

Большая часть экспериментов проводилась с безвредной микобактерией M.Smegmatis, которая растет быстрее, чем туберкулезная палочка, и поэтому работать с ней удобнее. Авторы использовали краситель кальцеин-АМ, который проникает в бактериальную клетку путем диффузии. В цитоплазме кальцеин-АМ подвергается действию ферментов эстераз и превращается во флуоресцирующий кальцеин, не способный диффундировать обратно через мембрану, если только какие-нибудь транспортные белки не будут его активно выкачивать.

Несмотря на большой объем проделанной работы, многие вопросы так и остались неразрешенными. В частности, осталась неясной природа связи между lamA, ростом клеток и устойчивостью к антибиотикам. Можно предположить, что более симметричный рост клетки способствует ускоренному поступлению антибиотика в цитоплазму, но непонятно, почему это так, да и сам факт требует дополнительных проверок.

Полученные результаты, возможно, пригодятся для разработки новых способов борьбы с туберкулезом. Не исключено, что препараты, подавляющие активность lamA или иным способом снижающие ненаследственную фенотипическую изменчивость микобактерий, позволят повысить эффективность лечения антибиотиками.

Кроме того, новые данные полезны для понимания общих принципов кодирования фенотипа в геноме. На примере lamA можно видеть, как белок, выполняющий вполне определенную морфологическую функцию (которая в данном случае состоит в замедлении роста молодых полюсов клеток), придает фенотипу неопределенность (изменчивость). Этот повышающий фенотипическое разнообразие эффект, очевидно, обусловлен тем, что в популяции палочковидных бактерий неизбежно присутствует огромная изменчивость по возрасту «старых» полюсов клеток. Белок lamA превращает эту исходно малозаметную и несущественную для жизни бактерий вариабельность в бросающуюся в глаза и важную для выживания изменчивость по скорости роста и размеру клеток. Гены с обратным эффектом, упорядочивающие развитие и тем самым снижающие изменчивость и фенотипическое разнообразие популяции, хорошо известны. Повреждение таких генов ведет к росту изменчивости. Пример гена lamA показывает, что возможна и противоположная ситуация, когда повреждение гена ведет к унификации фенотипа и уменьшению изменчивости.

Источник: https://www.nature.com/nature/journal/v546/n7656/abs/nature22361.html