Интернациональная группа исследователей, в которую входит сотрудник МФТИ, изучила РНК бактерии Listeria monocytogenes — возбудителя опасной пищевой инфекции. Ученые нашли новый механизм, позволяющий бактерии заражать организм, и смогли его заблокировать.
Результаты исследования опубликованы в Cell Reports.
Бактерия Listeria monocytogenes, или листерия может проникать в организм вместе с едой и вызывать тяжелое заболевание листериоз. В США в год листериозом заболевает 1600 человек, из них умирает 260. Особенно листериоз опасен для беременных, пожилых и людей с ослабленной иммунной системой.
Группа авторов задалась вопросом, что происходит с молекулами РНК бактерии L. monocytogenes при изменении внешних условий. Обычно молекулы РНК служат посредниками при передаче генетической информации от генов к белкам, а уже белки осуществляют разнообразные функции в клетке, например служат ферментами или регуляторами. С химической точки зрения РНК представляют собой длинные цепи, способные складываться в различные пространственные структуры, которые служат на благо клетки. Эти структуры могут меняться под действием внешних факторов, помогая организмам адаптироваться или, в случае с бактерией, распространяться в чужом организме. В поисках таких структур ученые провели эксперименты, в которых выращивали клетки листерий при разных температурах, а также попробовали активировать механизмы, которые у бактерий включаются при заражении.
«Мы искали элементы РНК, которые меняют свою структуру, ведь если они меняют свою структуру, то, скорее всего, играют важную роль в регуляции генов. Мы нашли взаимодействие двух информационных РНК, которое способствует проникновению бактерии в клетки. Если заблокировать этот механизм, бактерия перестает заражать клетки. Кроме того, мы показали, что две информационные РНК в принципе могут взаимодействовать друг с другом. Такой механизм может быть более распространен, чем полагалось ранее», — считает Дмитрий Игнатов, первый автор исследования, старший научный сотрудник лаборатории геномной инженерии МФТИ.
Во-первых, исследователи нашли разницу между РНК бактерий, которые жили при 26 °С и 37 °С. Одна из молекул РНК формирует термопереключатель, который позволяет бактерии адаптироваться к перепадам температуры. Когда температура понижается, РНК разворачивается и открывает возможность для синтеза так называемого белка холодового шока. При более высоких температурах этот белок становится не нужен, и его синтез блокируется.
Во-вторых, в РНК нашли механизм, помогающий листерии процветать в чужих клетках. Белок листериолизин О позволяет бактерии проникать внутрь клеток человека и животных и таким образом делает бактерию патогенной. Для его правильного сворачивания необходим другой белок — такой тип белков называют шаперонами. Оказалось, что они помогают друг другу еще будучи «проектами», то есть их РНК взаимодействуют между собой. РНК, кодирующая листериолизин, связывается с РНК шаперона и защищает ее от разрушения. Можно предположить, что если заблокировать взаимодействие этих двух РНК, то синтез шаперона понизится, листериолизин свернется неправильно и бактерия станет менее патогенной.
Чтобы проверить свое предположение, ученые внесли мутации, которые блокируют обнаруженное взаимодействие, и посмотрели, как листерии заражают клетки мышей. И действительно, заблокированное взаимодействие сделало бактерию менее опасной. Ученые пока не могут с уверенностью сказать, насколько их открытие применимо в медицине — для этого нужны дальнейшие исследования. Однако результат работы представляет фундаментальный интерес: у бактерий это всего лишь второй пример взаимодействия между РНК, кодирующими белки. Возможно, подобные взаимодействия не столь редки, как считалось ранее, и играют важную роль в жизнедеятельности бактерий.