Найден молекулярный выключатель патогенности бактерий

ДНК-связывающие белки могут стать основой для разработки средств профилактики или лечения бактериальной инфекции.

Американские ученые обнаружили, что гистоноподобные белки, связывающие ДНК, имеют отношение к скручиванию цепей, а суперспирализация хромосомы способна вызвать экспрессию генов, благодаря чему микроб проявляет патогенные свойства.

Сотрудники Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) изучали скручивание ДНК, объединив возможности рентгеновской кристаллографии и метода малоуглового рассеяния рентгеновского излучения (SAXS). В частности, они наблюдали плотное скручивание нитей ДНК при необходимости занять компактное пространство - например, внутри клеточного ядра. Для эукариотов характерно «наматывание» нитей вокруг белков гистонов. Для одноклеточных прокариотов, в том числе бактерий, в качестве гистонов выступают HU-белки, а хромосомы «укладываются» в лишенный мембраны нуклеоид. Проблемы начинаются, когда вместо нормального скручивания ДНК происходит так называемая суперспирализация.

«Известно, что суперспирализация ДНК приводит к патогенности бактерий, но как именно протекает этот процесс, оставалось загадкой более полувека, - говорит ведущий автор исследования Михал Хаммель (Michal Hammel). - На примере E. coli мы впервые наблюдали «укладку» ДНК и выяснили, что HU-белки, с помощью которых это происходит, способны немедленно запускать экспрессию генов. Этот механизм может служить выживанию бактерий, которые должны быстро адаптироваться к различным условиям».

«Чтобы получить четкое представление о том, каким образом на клеточном уровне происходит скручивание и упаковка ДНК, мы провели рентгеновскую томографию, - добавляет Кэролин Ларабелл (Carolyn Larabell), профессор анатомии Калифорнийского университета и директор Национального центра рентгеновской томографии (National Center for X-ray Tomography - NCXT). - С ее помощью возможно увидеть контраст органического материала, наиболее близкий к естественному состоянию. Это позволяет количественно сравнить формирование компактной ДНК у патогенных и непатогенных штаммов E. coli. Выяснилось, что генетический материал патогенной кишечной палочки упакован настолько плотно, что занимает менее половины объема, чем требуется непатогенному штамму».

Прежде считалось, что процесс скручивания ДНК у бактерий запускает фермент топоизомераза, однако результаты нынешней работы показывают, что HU-белки независимо от топоизомеразы способны вызвать изменение скручивания ДНК на различных стадиях роста бактерии. Теперь ученых занимает вопрос: если можно «включить патогенность» бактерий, есть ли возможность ее «выключить»? Обнаружение подобного механизма могло бы стать многообещающим направлением разработки средств для профилактики и лечения, причем не только в отношении бактерий, но и других микробов со сходной генетической структурой