Расшифрован молекулярно-генетический механизм каннибализма Bacillus subtilis
Группа исследователей из Гарвардского университета (Harvard University) под руководством С.Д. Эллермейера (C. D. Ellermeier) расшифровала молекулярный механизм, регулирующий взаимоотношения в сообществе почвенных бактерий Bacillus subtilis. Статья исследовательской группы об этом открытии появилась в последнем номере Cell.
Широко распространенные почвенные бактерии B. subtilis относятся к числу наиболее хорошо изученных микроорганизмов. Они интересны тем, что имеют довольно сложное социальное поведение. В частности, при необходимости бактерии отращивают жгутики и приобретают подвижность, собираться в «стаи», принимают решения на основе химических сигналов, получаемых от сородичей, при этом используется особое «чувство кворума» - нечто вроде химического голосования, когда определенное критическое число поданных сородичами химических «голосов» меняет поведение бактерий. Кроме того, B. subtilis способна собираться в многоклеточные агрегаты, по сложности своей структуры приближающиеся к многоклеточному организму. Когда пищи становится недостаточно, одна часть бактериального сообщества убивает другую ядом. Погибшие служат пищей своим убийцам, которые не умирают от собственного яда благодаря особому защитному белку. Если голодание продолжается, выжившие бактерии превращаются в споры.
Геном этого вида расшифрован еще в 1997 году. Он состоит из 4 214 630 пар оснований, организованных в 4225 генов, функции большинства из которых в общих чертах известны.
Исследователи выяснили, что при голодании у B. subtilis срабатывает особый генный переключатель, который может находиться лишь в одном из двух дискретных состояний (включено/выключено). Переключатель состоит из ключевого гена-регулятора Spo0A и нескольких других генов, которые взаимно активируют друг друга по принципу положительной обратной связи.
Активизация Spo0A приводит к каскаду реакций, в том числе к производству клеткой токсина SdpC, убивающего тех бацилл, у которых переключатель выключен. Погибшие клетки распадаются, высвободившиеся из них органические вещества поглощаются убийцами.
Ранее было неясно, почему токсин убивает только тех бацилл, которые его не выделяют (то есть тех, у кого Spo0A не активирован). И вот что выяснилось. На мембране бацилл расположен защитный белок SdpI, выполняющий две функции. Во-первых, он защищает клетку от токсина SdpC (просто хватает молекулы токсина и держит, не дает им ничего делать). Во-вторых, молекула белка SdpI, схватившая молекулу токсина, изменяется таким образом, что другой ее конец (торчащий из внутренней стороны мембраны) хватает и удерживает молекулы белка SdpR, функция которого состоит в том, чтобы блокировать производство защитного белка SdpI. Таким образом, схватывание защитным белком молекулы токсина приводит к инактивации белка, тормозящего производство защитного белка. Соответственно, чем больше токсина, тем больше клетка производит защитного белка. Как только токсин в окружающей среде заканчивается, молекулы SdpR перестают инактивироваться, и белок перестает синтезироваться.
Почему же бациллы с выключенным Spo0A оказываются незащищенными? Гарвардские исследователи выяснили, что синтез спасительного SdpI блокируется еще одним белком - AbrB. Отключить последний можно только путем включения Spo0A, поэтому клетки с выключенным Spo0A обречены.
Казалось бы, естественный отбор должен способствовать закреплению в потомстве признака включения Spo0A при голодании и отбраковывать особей с противоположным признаком: первые выживают и оставляют потомство, а вторые погибают. Однако генный переключатель продолжает включаться при голодовке только в половине случаев. Эволюционные механизмы сохранения этого признака не до конца ясны.
Подробная статья об открытии ученых Гарварда опубликована в Элементах.
03 марта 2006, 14:06
