Десять генов, ответственных за разложение сульфо-глюкозы

Исследователи из Констанцского университета, открыв сульфо-гликолиз, раскрыли важный путь деградации.

Подобно сахару глюкозе, её сернистый аналог сульфо-глюкозу производят все фотосинтезирующие организмы. Ежегодное производство сульфо-глюкозы в природе оценивается примерно в десять миллиардов тонн. Исследователи из Департамента биологии Констанцского университета под руководством микробиологов доктора Давида Шлеека и профессора доктора Аласдера Кука, при поддержке коллег из Департамента химии, раскрыли, как разлагается сульфо-глюкоза. Учёные смогли идентифицировать один путь деградации у бактерии Escherichia coli, наиболее изученного бактериального модельного организма: сульфо-гликолитический путь, кодируемый десятью генами, функция которых до сих пор оставалась неизвестной. Результаты опубликованы в онлайн-издании журнала Nature.

Сульфо-глюкоза присутствует во всех растениях, мхах, папоротниках и водорослях. Путь деградации, или метаболический путь, для сульфо-глюкозы — сульфо-гликолиз — является, таким образом, важным компонентом круговорота веществ в экосистемах.

Поскольку сульфо-глюкоза недоступна в продаже, доктор Томас Хун из соседнего Департамента химии синтезировал эту особую форму сахара в достаточном количестве и чистоте. Аналитико-химические исследования для доказательства наличия промежуточных продуктов проводились с помощью современной масс-спектрометрии докторантом Александром Шнайдером и химиками профессором доктором Кристофом Майером (ныне в Тюбингенском университете) и профессором доктором Дитером Шпителлером. «Отличное сотрудничество между биологами и химиками было важным аспектом нашей работы. Оно также подчёркивает успех исследовательских коллабораций, установленных между биологией и химией в рамках Высшей исследовательской школы химической биологии Констанцского университета», — говорит Давид Шлеек.

Своей микробиологической, молекулярной и биохимической работой биолог Карин Денгер и докторанты Михаэль Вайс и Анн-Катрин Фелюкс смогли продемонстрировать, что для сульфо-гликолиза Escherichia coli не использует свои уже хорошо известные ферменты для «нормального» гликолиза. Вместо этого за разложение сульфо-глюкозы ответственны десять генов, функция которых до сих пор была полностью неизвестна. Таким образом, учёные закрыли ещё один пробел в знаниях о наиболее широко изученном модельном организме, Escherichia coli. Кроме того, они открыли новые ферменты, катализирующие сульфо-гликолиз.

Также выяснилось, что Escherichia coli не может полностью утилизировать сульфо-глюкозу, а выделяет сернистый промежуточный продукт, который разлагается другими бактериями в окружающей среде. «Таким образом, мы смогли продемонстрировать, что сульфо-глюкоза в природе полностью разлагается благодаря сотрудничеству нескольких бактерий», — поясняет Карин Денгер.

Результаты микробиологов важны не только для ботаники, но и для биологии человека и зоологии, поскольку Escherichia coli является важным и ценным обитателем кишечного тракта человека и животных, где растительное питание также поставляет сульфо-глюкозу как до сих пор упускавшийся из виду источник питательных веществ для этой бактерии. Гены сульфо-гликолиза также присутствуют у патогенных бактерий, например, у сальмонелл.