В бактериях впервые замечен белок, действующий подобно инфекционному агенту

Прионы – особый класс инфекционных агентов, которые размножаются за счёт работы клеток, в которых располагаются. В этом отношении они очень похожи на вирусы, которым для существования и выживания также приходится заражать клетки хозяина. Прионы ранее находили только в клетках эукариотических организмов – растений и животных. Они вызывают дегенеративные заболевания мозга, такие как "коровье бешенство". И вот недавно такие прионы, по всей вероятности, были замечены в клетках бактерий.

Оказалось, что часть белка у микроба Clostridium botulinum (в просторечии ботулина), который вызывает ботулизм, может вести себя подобно приону. Это происходит, когда он внедряется в дрожжи и кишечную палочку Escherichia coli.

На сегодня известно, что прионы – это аномально свёрнутые инфекционные агенты, которые вызывают изменения в структуре нормальных белков. Специалисты впервые открыли прионы в 1980-х годах. Тогда же им приписали роль виновников фатальных нарушений работы мозга, которые назвали общим термином трансмиссивные губчатые энцефалопатии. С тех пор исследователи обнаружили неправильно свёрнутые белки у млекопитающих, насекомых, червей, растений и грибов и выяснили, что порой не все прионы приносят вред своим хозяевам.

Между тем, до недавнего времени прионы были выявлены только в клетках эукариотических организмов – группы, которая включает в себя животных, растения и грибы.

В недавнем же исследовании учёные, используя специально разработанное программное обеспечение, проанализировали порядка 60 тысяч бактериальных геномов. Алгоритм был "обучен" распознавать белки, формирующие прионы, в дрожжах.

Специалисты сосредотачивались на части бактериального белка Rho. Во многих бактериях, таких как C. botulinum и E. сoli, Rho является глобальным регулятором экспрессии генов. Иными словами, именно Rho способен контролировать работу множества генов.

Когда потенциально образующая прионы часть Rho была выделена из C. botulinum и затем внедрена в E. сoli, стали образовываться "сгустки" деформированных белков (характерные для большинства прионов). Более того, когда фрагмент белка был внедрён в дрожжи, он смог заменить функции белка, который формирует прионы у дрожжей.

Эксперты также выяснили, что, хотя обычная версия Rho и подавила активность гена у E. сoli, многие гены оставались активными, когда белок находился в форме приона. Это говорит о том, что прионы позволяют бактериям адаптироваться к различным видам "экологического стресса", говорит один из авторов работы бактериальный генетик Энн Хохшильд (Ann Hochschild) из Медицинской школы Гарварда.

Например, учёные обнаружили, что кишечная палочка, которая была модифицирована с помощью прионовой версии Rho, лучше адаптировалась к воздействию этанола (этилового спирта), чем бактерия с нормальной версией Rho.

Такие данные свидетельствуют о том, что прионы существовали ещё до эволюционного раскола между эукариотами и бактериями около 2,3 миллиарда лет назад.

"Прионы, вероятно, намного более распространены в природе, чем предполагалось ранее. Мы считаем, что впоследствии и другие белки, образующие прионы, будут обнаружены в бактериях", — говорит Хохшильд.

По той причине, что прионы являются наследуемыми, полученные данные предполагают, что эти белки могут помогать бактериям наследовать черты без необходимости генетических мутаций. Это может пригодиться, когда бактерии понадобится быстро среагировать на изменения в окружающей среде, например, на появление антибиотиков, отмечает Питер Чиэнь (Peter Chien), бактериальный биохимик из Массачусетского университета в Амхерсте.

Далее исследователи хотят подтвердить, что Rho может действовать подобно приону у своего естественного хозяина, говорит Чиэнь. Но сделать это будет непросто, поскольку C. botulinum меньше подходит для генетических экспериментов, чем традиционные "лабораторные" организмы, такие как кишечная палочка.

Подобные эксперименты в конечном счёте помогут учёным лучше понять поведение прионов, "гостящих" в том числе в теле человека. К слову, они могут быть связаны с болезнями Альцгеймера и Паркинсона, добавляют исследователи.

Описание последнего открытия опубликовано в научном издании Science.