Российскими учёными открыт механизм, защищающий бактерий от антибиотиков-риботоксинов

Российские учёные из открыли новый тип защиты бактерий от токсинов

Исследователи из Сколтеха, МГУ, Научно-технологического университета «Сириус» и Института биоорганической химии РАН исследовали роль двух бактериальных генов, помогающих поддерживать целостность рибосомной РНК против РНК-повреждающего риботоксина, продуцируемого другими бактериями. 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, особенно в нашу эпоху, когда патогены с множественной лекарственной устойчивостью сохраняются в экологической экосистеме. Исследование было опубликовано в Международном журнале молекулярных наук.

Большинство микробных сообществ представлены разнообразными видами и штаммами, которые постоянно конкурируют за ограниченные ресурсы. Нехватка ресурсов и стремление к космосу провоцируют гонку вооружений между бактериями: некоторые виды эволюционировали, чтобы приобретать различные токсины, которые они используют в стрессовых ситуациях для потенциальных соперников, в ответ на это другие, возможно, выработали инструменты для борьбы с их действием. Часто ключевой молекулярный механизм клетки, в частности, система синтеза белка, является одной из таких уязвимых мишеней для целого ряда ядовитых токсинов. Ранее было показано, что действие ряда токсинов нарушает целостность молекулы (молекул) РНК в составе рибосом — клеточных фабрик по производству белка.

Колицины представляют собой класс бактериальных токсинов, выбрасываемых в окружающую среду для повреждения других бактериальных штаммов. Различные типы колицинов действуют на разные элементы клеточного аппарата. Риботоксин колицин Е3 опосредует расщепление молекулы рибосомной РНК (рРНК) в центре декодирования рибосомы — месте, где считывается информация о структуре белка, закодированная в мРНК, и происходит синтез белка. Чтобы справиться с этим критическим разрушением, которое в конечном итоге приводит к гибели клетки, бактерии, по-видимому, могли выработать системы для восстановления повреждений, вызванных колицинами.

Ранее in vitro было показано, что два соседних гена, prfH и rtcB2, которые спорадически распространяются среди разных бактериальных штаммов, потенциально связаны с повреждением рибосом. В этой статье авторы моделируют, что при повреждении рибосомы колицином Е3 PrfH помогает разобрать рибосому на отдельные субъединицы, что впоследствии позволяет RtcB2 помочь восстановить нарушенные субстраты центра декодирования.

В новом исследовании ученые продемонстрировали, что эти два гена придают устойчивость к токсичности колицина E3 in vivo. Они экспериментально продемонстрировали, что если оба гена удалить из генома Escherichia coli, бактерии больше не могут сопротивляться действию колицина Е3. Но если их обоих 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 подчеркивают наличие системы противодействия конфликтам, которая, возможно, эволюционировала, чтобы помешать активности колицина E3. В будущем ученым предстоит детально разобраться в молекулярных механизмах, обеспечивающих эту защиту.

Актуальные новости России и мира