Исследование выявило, что действительно необходимо для выживания Mycoplasma pneumoniae

от

Исследователи потратили годы, разбирая одного из самых простых микробов в мире — Mycoplasma pneumoniae, — и создали подробный список молекулярных компонентов, без которых живая клетка не может обойтись. Эти знания могут ускорить разработку «живых лекарств», созданных на основе этого микроба.

Их усилия показали, насколько велика возможность инженеров редактировать и перепрофилировать бактерию в терапевтических целях, например, для борьбы с устойчивостью к антибиотикам или раком.

Исследование, [опубликованное](https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44320-025-00133-1) сегодня в Molecular Systems Biology, представляет собой наиболее полную «карту необходимости» для любого живого организма, построенную на сегодняшний день. Исследователи создают такие карты, чтобы увидеть, какие части генома действительно необходимы живым организмам для выживания, и как сильно они страдают, когда какой-либо конкретный фрагмент отсутствует.

Однако даже для Escherichia coli, наиболее изученного микроба на Земле, большинство исследований охватывают только одно из десяти или двадцати положений ДНК. Текущее исследование пошло гораздо дальше, изучив каждое второе письмо в ДНК, что позволило исследователям ранжировать компоненты генома не только как существенные или несущественные, но и по степени важности.

«Мы хотели знать, какие крошечные части ДНК бактерии действительно необходимы, а не только очевидные гены», — говорит доктор Самуэль Миравет-Верде, микробиолог из ETH Zurich, который руководил работой в Центре геномной регуляции (CRG) вместе с доктором Раулем Бургосом и профессором исследований ICREA Луисом Серрано.

Полный геном Mycoplasma pneumoniae насчитывает около 816 000 букв ДНК

Учёные использовали метод, называемый транспозонным секвенированием, чтобы нарушить 450 000 из этих букв ДНК.

Из 707 кодирующих белки генов 220 оказались абсолютно критическими, 86 были почти критическими, ещё 84 помогали, но не были необходимы, а 317 были необязательными в лабораторных условиях. Это означает, что примерно половину генетической инструкции микроба можно удалить или повредить, не убив его, по крайней мере, в лабораторных условиях.

Исследование также изучило регуляторные элементы микроба. Это крошечные участки ДНК, которые находятся рядом с генами и сообщают клетке, когда, где и как сильно их использовать. Из 1 050 изученных регуляторных элементов только 25 оказались действительно необходимыми.

Это открытие соответствует тому, что исследователи уже подозревали: у бактерии очень простые переключатели включения/выключения, и она часто запускает свои гены на полную мощность. Доктор Миравет-Верде сравнивает эти усилия с проверкой не только больших шестерён в машине, но и маленьких винтов и переключателей, которые поддерживают её работу.

Поскольку теперь у каждого фрагмента ДНК есть количественная оценка пригодности от «необходимого» до «несущественного», исследователи могут предсказать, насколько возможное изменение генома микроба может замедлить его рост или вызвать стресс в клетке, и выбрать наиболее щадящий путь для модификации бактерии, а не путём дорогостоящих проб и ошибок.

Открытие важно, потому что Mycoplasma pneumoniae уже переделывается в терапевтическое шасси для медицинских целей. Исследовательская группа вместе с биотехнологической компанией Pulmobiotics перепрофилировала бактерию и научила её доставлять лекарства, которые могут справиться с устойчивыми к антибиотикам лёгочными инфекциями у мышей. Они также тестируют другие варианты для доставки противоопухолевых препаратов непосредственно в лёгочные опухоли.

Новая карта необходимости даёт исследователям больше свободы удалять то, что им не нужно, и более чёткую дорожную карту для вставки того, что им нужно, что делает M. pneumoniae одним из наиболее удобных для инженеров микробов, доступных для целей синтетической биологии.

«Когда вы хотите добавить терапевтическую нагрузку, вы должны вставить новую ДНК где-то. Если вы приземлитесь в неправильном месте, вы можете повредить жизненно важный ген, поэтому наличие этой карты подтверждает, что тысячи безопасных зон посадки нанесены на карту с очень высоким разрешением, что даёт нам очень высокую степень уверенности», — объясняет доктор Серрано.

«Это также может позволить нам избавиться от лишних функций, которые снижают вероятность того, что микроб может вести себя неправильно или выжить там, где не должен, что является ключевой функцией безопасности для «живых лекарств», — добавляет доктор Бургос.

Одним из удивительных открытий исследования стало то, что некоторые «необходимые» гены могут быть разделены пополам, и клетка всё равно будет жить. Это открытие намекает на то, что некоторые гены бактерии могли быть сшиты вместе из более мелких предков, что даёт представление об эволюции механизмов жизни.

«Это как обнаружить, что машина всё ещё может ехать, даже если часть двигателя разрезана пополам», — говорит доктор Миравет-Верде.

Исследователи хотят изучить, почему эти «необходимые» гены можно разделить и каковы эволюционные последствия этих событий на древе жизни. «Были ли это когда-то два отдельных белка, которые слились в процессе эволюции?» — спрашивает доктор Миравет-Верде. «Ответ на этот вопрос может помочь нам разработать новые модульные белки для синтетической биологии или понять, как белки, которые мы видим сейчас в природе, были изначально сформированы».

Предоставлено [Центром геномной регуляции](https://phys.org/partners/center-for-genomic-regulation/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте