Мертвая бактерия – действительно мертва или притворяется?

Многие микроорганизмы – в том числе и возбудители опасных заболеваний – могут радикально изменять свой метаболизм, переключая его в неактивное состояние, которое позволяет им пережить тяжелые для роста и размножения времена. Такая «спячка» возникает, например, когда у микроба нет достаточного количества пищи. Международная группа исследователей, работающая с профессором Karl Forchhammer и Alexander Klotz в межфакультетском Институте микробиологии и инфекционной медицины при Университете Тюбингена, стала первыми учеными, которые проанализировали процесс пробуждения цианобактерий. Они обнаружили, что возрождение клеток шло по строгому генетическому графику. Результаты их исследования были опубликованы в последнем выпуске «Current Biology». Полученные результаты дают представление о ранее неизвестной стратегии выживания бактерий и позволяют исследователям сделать основные выводы о процессах старения клеток.

Синезеленые фотосинтезирующие цианобактерии относятся к одной из самых древних групп бактерий – их следы уходят в прошлое на более чем три миллиарда лет назад. Их жизнедеятельность насытила атмосферу кислородом, позволив жизни на Земле возникнуть в нынешнем ее виде. Цианобактерии и сейчас продолжают играть важную роль в функционировании экологических циклов. Когда азота (основного питательного вещества для цианобактерий) не хватает, многие из этих микробов перестают расти и переходят в неактивное состояние. Они теряют свой фотосинтезирующий аппарат и обесцвечиваются. Таким образом они могут пережить длительный период времени без питательных веществ. Тем не менее, когда азот становится снова доступен, они возвращаются к нормальной жизни в течение 48 часов. «Клетки только притворяются мертвыми. Их жизненные функции снова появляются неизвестно откуда», – рассказывает профессор Karl Forchhammer. Еще недавно ученым было практически неизвестно, что нужно сделать, чтобы добиться этого «воскресения» у микробов.

«В наших экспериментах программа возрождения клеток запустилась почти мгновенно после того, как мы добавили нитраты, – говорит Forchhammer. – Это очень высокоорганизованный процесс».

На первом этапе бактерии подавляют всю оставшуюся активность фотосинтеза и, вместо этого, погружаются в свои резервы, чтобы быстро получить энергию. Процессы, происходящие в клетках, включались в соответствии со строгой системой, шаг за шагом, по определенному графики. Первым активировалось производство белка наряду с приемом и переработкой азота. «Не позднее чем в районе между 12 и 16 часами начинались процессы фотосинтеза; и на полную мощность они выходили после 48 часов, после чего клетки снова начинали расти и делиться», – как сказал Alexander Klotz, докторант из исследовательской группы под названием «Molecular Principles of Bacterial Survival Strategies» (молекулярные принципы стратегии выживания бактерий), которую возглавляет профессор Forchhammer. Наблюдения ученых показывают, что важные переключатели, участвующие в процессе пробуждения бактерий, расположены в секциях некодированной РНК. Они представляют собой копии ДНК, которые не транслированы на белки и обладают регулирующими функциями.

«Эта генетически закодированная программа спячки и возрождения позволяет цианобактерии колонизировать среду, в которой наличие азота – непостоянный фактор, –  говорит Forchhammer. – Это один из способов, при помощи которых они выживают в условиях стресса, обусловленного факторами окружающей среды, и именно так они смогли выжить в течение более трех миллиардов лет эволюции».

Феномен спячки также встречается и у многих других микробов, особенно у тех, которые колонизируют среды с частой нехваткой питательных веществ. «Как вы можете видеть, дремлющая  стадия – это, в своем роде, некий «семенной банк», резервуар клеток, которые могут быстро начать размножаться, как только условия окружающей среды станут благоприятными, – объясняют исследователи. – Вот таким образом, например, возбудители инфекционных заболеваний пробуждаются из спящего состояния и начинают вновь вызывать болезнь».

Результаты этого исследования раскрывают принцип, который применим для многих видов бактерий, утверждает Forchhammer. «Это поможет нам лучше контролировать распространение опасных микроорганизмов», – говорит он.



Piluli - Медицина от А до Я.