Учёные обнаружили скрытую генетическую черту, управляющую адаптацией микобактерий к стрессу
Новое исследование под руководством Цинъюнь Лю, доктора философии, выявило генетическую особенность — «транскрипционную пластичность» (TP), которая играет ключевую роль в регуляции транскрипционного ответа микобактерий на стрессовые условия.
Бактериальные клетки должны быстро изменять экспрессию генов, чтобы справляться с резкими изменениями внешней среды. Однако степень, в которой определённые гены могут изменять свою экспрессию в ответ на сдвиги в окружающей среде, долгое время оставалась загадкой.
В сотрудничестве с учёными из UNC-Chapel Hill, Гарварда и Университета Фудань, ведущий исследователь Цинъюнь Лю изучил факторы, управляющие транскрипционным ответом у Mycobacterium tuberculosis (Mtb) — возбудителя туберкулёза, который ежегодно уносит более 1,6 миллиона жизней.
Исследование «Genetically encoded transcriptional plasticity underlies stress adaptation in Mycobacterium tuberculosis» опубликовано в журнале Nature Communications.
Ключевые результаты исследования
- Учёные проанализировали комплексный набор данных, включающий 894 образца RNA-Seq из 73 различных условий.
- Была оценена транскрипционная пластичность (TP) каждого гена Mtb, отражающая вариабельность экспрессии в ответ на изменения среды.
- Анализ выявил значительные вариации TP среди генов Mtb, которые коррелируют с функцией гена и его жизненной необходимостью (essentiality).
- Обнаружено, что ключевые генетические особенности, такие как
длина гена, содержание GC и размер оперона, независимо
накладывают ограничения на TP.
- Гены с меньшей длиной обычно демонстрировали более высокую TP, чем длинные гены.
- Гены с самым низким профилем TP были сконцентрированы в группе с содержанием GC, близким к среднему по геному (около 65%).
- Используя выявленные генетические признаки, исследователи частично смогли предсказать уровни TP генов Mtb с помощью машинного обучения. Однако модель пока не идеальна, что указывает на наличие других, ещё не идентифицированных факторов.
- Анализ двух других видов микобактерий (M. smegmatis и M. abscessus) показал поразительную сохранность ландшафта TP у разных видов, что говорит об эволюционной значимости TP как консервативной адаптивной стратегии.
Значение работы
- TP может служить полезным дополнением к показателям жизненной необходимости и уязвимости генов для понимания физиологических процессов бактерий.
- Эта информация поможет приоритизировать гены-кандидаты для разработки лекарств или механистических исследований.
- TP может функционировать как эталонный фактор для будущих транскрипционных исследований, помогая в идентификации дифференциально экспрессируемых генов.