Исследователи из Гарвардской медицинской школы сообщают о удивительном открытии, которое они обнаружили доказательства того, что бактерии также могут производить прионы.Прионы — самораспространяющиеся скопления неправильно свернутого белка — были идентифицированы как причина нескольких редких, но повсеместно фатальных нейродегенеративных состояний, включая губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота, широко известную как коровье бешенство.
Хотя наиболее частой причиной прионных заболеваний у людей является употребление инфицированного мяса, некоторые из них могут передаваться по наследству или возникать спонтанно.Эксперименты, опубликованные в Интернете 13 января в журнале Science, выявили белок с прионообразующим потенциалом в бактерии Clostridium botulinum. Однако исследователи говорят, что многие другие бактерии, в том числе те, которые, как известно, причиняют вред человеку, а также безвредные и полезные бактерии, обычно присутствующие в организме человека, вероятно, несут в себе белки с прионообразующим потенциалом.Поскольку прионообразующий белок, идентифицированный в исследовании, обычно функционирует как регулятор активности генов, исследователи говорят, что их открытие повышает вероятность того, что, когда он переключается в прионное состояние, он может изменить генетическую экспрессию и поведение бактерий.
Такие изменения, по мнению исследователей, могут повысить выживаемость бактерий в сложных условиях и способствовать их приспособленности и разнообразию. Другими словами, бактериальные прионы могут усиливать способность бактерий вызывать болезни, уклоняться от наблюдения иммунной системы и ускользать от лекарств.
«Включая и отключая определенные гены, прионы могут помочь бактериям пережить стрессы окружающей среды, делая их менее уязвимыми для лекарств, химикатов и других воздействий окружающей среды», — говорит исследователь Энн Хохшильд, профессор микробиологии и иммунобиологии в HMS.Кроме того, говорят исследователи, их результаты показывают, что прионы — это древнее биологическое явление, возникшее до того, как примитивные бактериальные клетки отделились от более структурно сложных клеток, из которых состоят животные и растения, примерно 2,3 миллиарда лет назад.Определяющей характеристикой прионов является их способность вызывать искажение и неправильную укладку правильно свернутых, нормально функционирующих белков.
Другими словами, по словам исследователей, прион дает возможность другим белкам следовать их примеру, разворачиваться и повторно укладываться, тем самым радикально меняя их нормальную структуру и функцию. У млекопитающих накопление этих деформированных белков приводит к быстрой гибели клеток в головном мозге. У грибов, однако, прионы не причиняют вреда, а вместо этого, по-видимому, придают полезные свойства клеткам, в которых они находятся.
Точно так же бактериальные прионы могут помочь бактериям адаптироваться к экологическим проблемам.В текущем исследовании ученые проверили более 60000 бактериальных геномов на наличие белков, химический состав которых предполагает, что они могут образовывать прионы. Один такой белок, названный Rho-фактором, был обнаружен у C. botulinum. Rho, обнаруженный во многих бактериях, действует как белковый регулятор экспрессии бактериальных генов, определяя, какие гены включаются или выключаются.
В серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что, помимо своей основной роли, Ро также может принимать поведенческие характеристики создателя прионов. Действительно, эксперименты показывают, что Rho может образовывать характерные белковые отложения, называемые амилоидами, следы образования прионов.
Когда исследователи вставили бактериальные прионы в дрожжевые клетки, прионы начали самораспространяться и размножаться, что является признаком их инфекционности. Более того, когда исследователи ввели полученные из C. botulinum прионы в лабораторную форму бактерии E. coli, прионы снова стали способны размножаться внутри нового организма.
«То, что мы наблюдали, было отличительными чертами прионного поведения — способности размножаться и вызывать наследственные изменения в структуре и функции белков у двух модельных организмов», — говорит исследователь Энди Юань, научный сотрудник HMS.