Долго игнорируемые малые белки в E. coli открывают новое понимание бактерий

от

После появления антибиотиков в 1940-х годах учёные были уверены, что находятся на пороге победы над инфекционными заболеваниями. Их уверенность подкреплялась представлением о том, что всестороннее знание о бактериальных патогенах уже хорошо задокументировано.

Однако вскоре после начала всемирной революции антибиотиков возникла проблема устойчивости к лекарствам. Это стало уроком о сложности бактерий. Теперь на другом фронте разворачивается новое понимание сложности, связанное с игнорируемыми и малоизученными популяциями малых белков, которые распространены в бактериальной клетке.

Эти крошечные молекулы активно участвуют в ряде процессов, начиная от помощи в сборке бактериальных мембран и заканчивая посредничеством в сигнальных активностях. Они готовы к использованию в качестве мишеней для новых типов антибактериальных препаратов, считают всё большее число учёных.

Открытие в Escherichia coli

Группа исследователей из Университета Рутгерса в Нью-Джерси обнаружила множество таких малых белков в E. coli, и один из них, получивший необычное название YoaI, в частности, оказался в центре внимания. Команда из Рутгерса выяснила, что YoaI опосредует взаимодействие в двухкомпонентной сигнальной системе, поскольку сигналы стресса усиливаются на фоне снижения уровня магния.

Исследователи сравнили YoaI с другими малыми белками в бактерии и создали детальный портрет этих молекул и их ролей, когда уровень минерала резко падает.

Исследование опубликовано в Science Signaling и открывает новое окно понимания белков, которые долгое время были в тени исследований, сосредоточенных на других компонентах бактериальной клетки.

Группа исследователей из Рутгерса обнаружила, что геном E. coli кодирует по меньшей мере 150 малых белков, большинство из которых функционально не охарактеризованы. Малые бактериальные белки определяются как имеющие менее 50 аминокислот. Несмотря на их маленький размер, они могут оказывать огромное влияние на жизнь и выживание E. coli, помогая реагировать на стресс из окружающей среды.

«Живые организмы ощущают стрессовые факторы окружающей среды и реагируют на них с помощью широкого спектра механизмов регуляции генов», — пишет доктор Сангееван Веллаппан, ведущий автор исследования и исследователь в области биоинформатики в команде Рутгерса.

В обзоре прошлых исследований малых белков в бактериальных клетках Веллаппан отметил, что, хотя «некоторые из этих механизмов с участием регуляторов, таких как факторы транскрипции и малые РНК, были изучены глубоко, другие регуляторные пути, важные для адаптации к стрессу, такие как белки, исследованные в этом исследовании, остаются менее изученными».

«Мы идентифицировали и охарактеризовали 17 малых белков, индуцированных в E. coli во время голодания по магнию», — продолжил Веллаппан, отметив, что голодание было вызвано в экспериментах.

Магний имеет ключевое значение для выживания E. coli. Когда бактерии испытывают недостаток этого минерала, команда смогла отследить сигналы стресса, которые распространяла бактерия.

В своих экспериментах Веллаппан и его коллеги обнаружили, что истощение запасов магния угрожает множеству критически важных процессов, таких как синтез ДНК, РНК и белков. Стрессовые реакции в E. coli усиливались, как только уровень магния снижался. Согласно данным исследования, команда смогла определить появление 17 малых белков, используя специализированный тип секвенирования РНК, называемый профилированием рибосом.

Малые белки, подчеркнул Веллаппан, становятся ключевыми объектами исследований. Учёные всего мира стремятся к более глубокому пониманию механизмов, лежащих в основе функций E. coli (и других бактерий), с целью разработки более глубоких знаний, но в то же время ищут уязвимые места для новых мишеней лекарственных препаратов.

Хотя большинство штаммов E. coli безвредны, патогенные штаммы бактерий, такие как продуцирующие шига-токсин E. coli (STEC), могут вызывать опасные для жизни диареи. Множество других патогенных штаммов также вызывают опасные для жизни диареи и смертельные инфекции кровотока. Уропатогенная E. coli (UPEC) может привести к серьёзным инфекциям мочевыводящих путей.

Инфекции E. coli представляют серьёзную угрозу для общественного здравоохранения, а множественная лекарственная устойчивость повысила летальность бактерий. По данным исследования 2022 года, опубликованного в The Lancet, во всём мире бактерии связаны примерно с 500 000 смертей ежегодно.

Команда из Рутгерса сосредоточилась на тонкостях передачи сигналов в условиях истощения магния. В этом исследовании они связали несколько из 17 малых белков с чувствительной к магнию двухкомпонентной системой сигнализации PhoQ-PhoP. В этой части своего исследования они подтвердили, что удаление или сверхэкспрессия малых белков нарушает рост E. coli и её способность адаптироваться к низкому уровню магния.

Затем команда сосредоточилась на YoaI, который увеличивался при низком уровне магния, но не был связан с сигнализацией PhoQ-PhoP. Вместо этого этот белок активировал другую двухкомпонентную систему, EnvZ-OmpR, которая контролирует реакцию E. coli на другой тип стресса, а именно на осмотические флуктуации.

В целом, исследование Веллаппана и его коллег расширяет научные знания о малых белках, участвующих в адаптации к стрессу в E. coli, и раскрывает важность одного малого белка, YoaI. Не менее важно, что новое исследование расширяет знания о роли малых бактериальных белков, которые координируют реакции на стресс у бактерий.

Команда видит более прагматичную сторону своих исследований — как дополнительные исследования могут углубить понимание каскада передачи сигналов E. coli. «Наши результаты показывают, что эти белки играют более широкие роли в координации реакций на стресс, отражая взаимосвязанную природу клеточных сетей стресса, а не строго разделённые пути, реагирующие на конкретные стрессоры», — заключил Веллаппан.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте