Бактерии нуждаются в мутациях - изменениях в их коде ДНК - чтобы выжить в сложных условиях. При необходимости они могут даже мутировать с разной скоростью. Это показано в недавнем исследовании Центра микробной и растительной генетики KU Leuven (Лёвенский университет), Бельгия. Полученные данные открывают новые возможности для исследований, начиная от более эффективных методов производства биотоплива и заканчивая более эффективным лечением бактериальных инфекций и рака.
Когда они находятся в состоянии стресса, бактерии начинают мутировать, чтобы произвести один или несколько вариантов ДНК, которые позволяют бактериям выживать и размножаться. Но мутация опасна при нормальных обстоятельствах, поскольку она ослабляет бактерии. Таким образом, хитрость заключается в том, чтобы найти баланс между слишком большим количеством и слишком малым количеством мутаций. Потеря этого баланса означает гипермутацию: клетка мутирует гораздо быстрее, чем обычно, что в конечном итоге приводит к гибели.
Поскольку научные знания о роли гипермутации все еще ограничены, исследователи KU Leuven изучили ее основной механизм в кишечных бактериях Escherichia coli. «E.coli - печально известная причина диареи, но большинство штаммов E.coli на самом деле представляют собой безвредные кишечные бактерии, встречающиеся у людей и животных», - говорит профессор Ян Михилс. «Воздействие высоких, почти смертельных концентраций этанола вызывает гипермутацию у E.coli. Мы были удивлены, обнаружив, что скорость гипермутации у бактерий может быстро меняться: бактерии мутируют быстрее при более высоких концентрациях этанола и медленнее. когда этаноловый стресс снимается. Как только опасность минует, бактерии нажимают на тормоз и пытаются вернуться в нормальное состояние, без гипермутации."
Гипермутация позволила бактериям пережить стресс от этанола и позволила исследователям выбрать мутанты E. coli, которые очень устойчивы к этанолу. Это открывает новые перспективы для исследований в области производства биотоплива. «В процессе производства биотоплива сахар получают из растительных остатков и подобных отходов. Этот сахар, в свою очередь, превращается в этанол. Для этой цели можно использовать бактерии E.coli: они могут превращать сахара в этанол, но в конечном итоге погибают от этанол, который они производят. Гипермутация позволила нам получить варианты, которые менее восприимчивы к этанолу и быстро растут. Это означает, что мы могли бы использовать их для более эффективного производства биотоплива».
«Другое применение - борьба с устойчивостью бактерий к антибиотикам и устойчивостью раковых клеток к химиотерапии», - добавляет докторант Тун Свингс. «Антибиотики представляют смертельную угрозу для бактерий. Бактерии защищают себя, мутируя, и в результате у них развивается устойчивость к антибиотикам. То же самое относится и к раковым клеткам после лечения. Следовательно, блокирование гипермутации может стать возможным лечением или, возможно, даже новой совместной терапией».