Биоинформатика проливает свет на эволюционное происхождение генов вирулентности Rickettsia

Ученые из Виргинского института биоинформатики (VBI), Медицинской школы Университета Мэриленда и Университета Луисвилла обнаружили, что гены специфической системы молекулярной секреции у Rickettsia, структуры, часто связанной с вирулентностью, сохранялись в течение многих лет эволюции.

Исследователи сравнили последовательности генов 13 видов Rickettsia и выявили высококонсервативную систему секреции IV типа. Эти системы — это транспортеры, пересекающие мембрану, которые могут действовать как шприцы, впрыскивая факторы вирулентности в клетки своих хозяев (эукариот). Эти факторы нарушают работу хозяина и могут вызывать заболевания, например, болезнь легионеров (Legionella pneumophila) и Ку-лихорадку (Coxiella burnetii). Однако эти системы секреции не были связаны с человеческими болезнями, вызываемыми Rickettsia, такими как эпидемический сыпной тиф (R. prowazekii) и пятнистая лихорадка Скалистых гор (R. rickettsii). Системы секреции IV типа уникальны своей способностью транспортировать нуклеиновые кислоты и белки в клетки растений и животных. Возможная роль транспортера, не связанная напрямую с вирулентностью, например, перенос ДНК, у Rickettsia оставалась без внимания.

Доктор Джозеф Гиллеспи, биоинформатик из VBI и руководитель исследования, отметил: "Мы использовали накопленную за последние 10 лет геномную информацию о Rickettsia как отправную точку для детального изучения происхождения и функции генов, похожих на гены вирулентности. Исследование выявило высококонсервативную систему секреции IV типа во всех 13 изученных геномах, некоторые из которых, что интригующе, не известны как возбудители болезней у своих беспозвоночных и позвоночных хозяев".

Помимо эволюционно консервативной природы системы, биоинформатический анализ выявил неожиданные свойства, включая дупликацию генов почти половины ее компонентов. Дупликация генов очень редка для геномов Rickettsia. Команда также идентифицировала три дополнительных гена, которые, вероятно, вносят вклад в работу системы секреции. Гиллеспи отметил: "Поскольку Rickettsia живут внутри своих хозяев на всех этапах жизненного цикла, наши возможности по характеристике их генов очень ограничены. Исследователям часто не остается выбора, кроме как применять родственную информацию от других бактерий, которые легче изучать". Это часто влечет за собой трудоемкую ручную работу, которую пока не могут заменить автоматизированные методы предсказания генов. "Иногда мозг побеждает алгоритм", — добавил Гиллеспи.

Одним из главных открытий сравнения последовательностей стало то, что организм-предок Rickettsia, скорее всего, приобрел генетический локус, похожий на локус вирулентности, от эволюционно далеких бактерий. Команда предполагает, что это могло произойти, пока предок обитал в простейшем хозяине.

Руководитель исследования Бруно Собрал отметил: "Вирулентные виды Rickettsia представляют большой интерес как возникающие возбудители инфекционных заболеваний и потенциальные агенты биологического терроризма. Однако множество интенсивных лабораторных работ не дали информации, характеризующей их факторы вирулентности. Наш сравнительно-геномный подход проливает свет на эволюцию вирулентности Rickettsia и обеспечивает прочную основу для будущей лабораторной оценки функции системы секреции IV типа".

Доктор Гиллеспи заключил: "Дополнительные экспериментальные данные недавних исследований показывают, что некоторые компоненты системы секреции IV типа у Rickettsia действительно экспрессируются, регулируются и секретируются. Пока рано с уверенностью говорить о точном механизме работы системы, но теперь у нас есть прочная основа для будущей работы".

Источник: Virginia Tech. Статья опубликована 12 марта 2009 года в PLoS ONE.