Новое понимание бактериальных микрокомпартментов

Бактерии содержат «микрокомпартменты» — плохо изученные органеллы, играющие критическую роль в метаболизме. Их понимание может позволить создать их для полезных применений.

В сальмонелле, обладающей двумя типами микрокомпартментов, одновременная экспрессия их генов предотвращается регуляцией. Принудительная совместная экспрессия сделала их нефункциональными и привела к высвобождению токсичных метаболических промежуточных продуктов в цитоплазму, повреждая клетку. Инженерное подавление этой регуляции позволило Томасу Бобику и коллегам пролить новый свет на работу микрокомпартментов. Исследование опубликовано в Journal of Bacteriology.

Роль и потенциал микрокомпартментов

• Микрокомпартменты есть у сотен видов бактерий.
• Они предотвращают интерференцию биохимических реакций, ускоряют их и изолируют токсичные промежуточные продукты.
• Понимание их работы может позволить создать их для производства возобновляемых химикатов, улучшения доставки лекарств или поиска новых мишеней для антимикробных средств.

Эксперимент с сальмонеллой

В сальмонелле один тип микрокомпартмента производит 1,2-пропандиол, другой — этаноламин. В норме генная регуляция предотвращает их одновременное производство. В исследовании инженерное вмешательство позволило производить оба сразу.

• Образовались нефункциональные микрокомпартменты.
• Токсичные метаболиты, обычно изолируемые в микрокомпартменте, высвободились в цитоплазму, вызвав повреждение клетки.

Ключевой вывод

В отличие от органелл, окружённых липидными мембранами, микрокомпартменты ограничены белковой оболочкой. Результаты показывают, что компонент системы, производящей пропандиол, репрессирует систему, производящую этаноламин, чтобы предотвратить смешивание белков оболочки двух разных микрокомпартментов. Это указывает, что многим организмам с несколькими типами микрокомпартментов нужен механизм предотвращения аномальных взаимодействий белков оболочки.

Происхождение эксперимента

Эксперимент начался случайно, когда исследователи пытались создать биосенсор для измерения уровня витамина B₁₂ in vivo и заметили, что индуктор микрокомпартмента 1,2-пропандиола репрессирует микрокомпартмент этаноламина.

Распространённость

Почти 20% бактериальных геномов кодируют микрокомпартменты, и почти 40% из них содержат множественные кластеры генов микрокомпартментов.