Бактерии туберкулёза "помнят" стресс благодаря генетическому переключателю
Исследователи из Университета Райса и Медицинской школы Нью-Джерси (Rutgers NJMS) обнаружили, что бактерия Mycobacterium tuberculosis обладает генетическим механизмом, позволяющим ей "запоминать" стрессовые воздействия и быстро на них реагировать в будущем. Работа опубликована в журнале mSystems.
Парадокс латентного туберкулёза
- Около 2-3 миллиардов человек в мире инфицированы латентной формой туберкулёза.
- Бактерии могут десятилетиями находиться в "спящем" состоянии, не размножаясь, но и не уничтожаясь иммунной системой.
- При ослаблении иммунитета (например, из-за ВИЧ) бактерии реактивируются, вызывая болезнь, которая ежегодно уносит около 1.5 миллиона жизней.
Гипотеза гистерезиса и неожиданные данные
Ещё в 2010 году учёные предсказали существование в бактерии генетического переключателя с гистерезисом (исторически-зависимым поведением):
- При постепенном нарастании стресса бактерия слабо реагирует.
- Если же стресс был сильным и затем снизился до среднего уровня, бактерия сохраняет активную стресс-реакцию, даже когда угроза миновала.
Однако последующие эксперименты на безвредном родственнике туберкулёзной палочки, Mycobacterium smegmatis, не подтвердили эту модель. Позже выяснилось, что у патогенного штамма механизм есть, но он работает быстрее, чем предсказывала теория.
Решение парадокса: роль белка DnaK
Чтобы объяснить противоречие, авторы модифицировали свою модель, включив в неё белок DnaK, который выполняет две функции:
- Шаперон: помогает избавляться от денатурированных (развёрнутых) белков, которые накапливаются в клетке при стрессе.
- Регулятор стресс-ответа: в обычном состоянии DnaK удерживает сенсорный белок стрессовой сети в неактивном состоянии.
Предложенный механизм:
Когда из-за стресса (например, атаки иммунных клеток) в бактерии накапливается слишком много денатурированных белков, они "отвлекают" на себя DnaK. Это высвобождает сенсорный белок и быстро активирует сеть генов стрессового ответа. Такой механизм объясняет и наличие гистерезиса, и высокую скорость реакции.
Эксперименты команды Rutgers NJMS подтвердили, что DnaK ведёт себя в соответствии с этой моделью.
Остающиеся вопросы
Пока неясно, как это открытие может повлиять на лечение туберкулёза. Не установлена прямая связь между этим быстрым биохимическим переключателем и долгосрочной латентностью инфекции.
"Следующий шаг — выяснить, важен ли этот гистерезис непосредственно во время инфекции. Учитывая, что его нет у непатогенного родственника, есть соблазн предположить, что он связан с выживанием внутри хозяина", — отметил ведущий автор Олег Игошин.