Повреждающие нервы белковые частицы, называемые прионами, существуют у млекопитающих уже давно.
Теперь, после неожиданного открытия, исследователи из Гарвардской медицинской школы сообщают, что они нашли доказательства того, что бактерии также могут производить прионы.
Прионы - саморазмножающиеся скопления неправильно свернутых белков - были идентифицированы как причина нескольких редких, но повсеместно смертельных нейродегенеративных состояний, включая губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота, широко известную как коровье бешенство. Хотя наиболее распространенной причиной прионных заболеваний у людей является употребление инфицированного мяса, некоторые из них могут передаваться по наследству или возникать спонтанно.
Эксперименты, опубликованные онлайн 13 января в журнале Science, идентифицировали белок с прионобразующим потенциалом в бактерии Clostridium botulinum. Тем не менее, исследователи говорят, что многие другие бактерии, в том числе те, которые, как известно, причиняют вред людям, а также безвредные и полезные бактерии, обычно встречающиеся в организме человека, вероятно, несут белки с прионобразующим потенциалом..
Поскольку прионобразующий белок, идентифицированный в исследовании, обычно функционирует как регулятор активности генов, исследователи говорят, что их открытие повышает вероятность того, что, когда он переключается в прионное состояние, он может изменить генетическую экспрессию и поведение бактерий. Такие изменения, по мнению исследователей, могут повысить выживаемость бактерий в сложных условиях и способствовать приспособленности и разнообразию бактерий. Другими словами, бактериальные прионы могут повышать способность бактерий вызывать заболевания, уклоняться от наблюдения иммунной системы и ускользать от лекарств.
«Включая и выключая определенные гены, прионы могут помочь бактериям пережить экологические стрессы, сделав их менее уязвимыми к лекарствам, химическим веществам и другим воздействиям окружающей среды», - говорит исследователь Энн Хохшильд, профессор микробиологии и иммунобиологии в HMS.
Кроме того, исследователи говорят, что их результаты предполагают, что прионы являются древним биологическим феноменом, возникшим до того, как примитивные бактериальные клетки отделились от более структурно сложных клеток, из которых состоят животные и растения, примерно 2,3 миллиарда лет назад..
Определяющей характеристикой прионов является их способность индуцировать правильно свернутые, нормально функционирующие белки, деформироваться и становиться неправильно свернутыми. Другими словами, говорят исследователи, прион обеспечивает руководство для других белков, чтобы они следовали его примеру, разворачиваясь и вновь складываясь, таким образом радикально изменяя их нормальную структуру и функции. У млекопитающих накопление этих деформированных белков приводит к быстрой гибели клеток головного мозга. Однако у грибов прионы не причиняют вреда, а вместо этого, по-видимому, придают полезные свойства клеткам, которые их содержат. Точно так же бактериальные прионы могут помочь бактериям адаптироваться к условиям окружающей среды.
В текущем исследовании ученые проверили более 60 000 бактериальных геномов на наличие белков, химический состав которых предполагает, что они могут образовывать прионы. Один из таких белков, названный Rho-фактором, был обнаружен у C. botulinum. Rho, обнаруженный во многих бактериях, действует как белковый регулятор экспрессии бактериальных генов, определяя, какие гены включаются или выключаются.
В серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что, помимо своей основной роли, Ро может также принимать на себя поведенческие характеристики производителя прионов. Действительно, эксперименты показывают, что Rho может образовывать явные белковые отложения, называемые амилоидами, следы образования прионов.
Когда исследователи поместили бактериальные прионы в дрожжевые клетки, прионы начали саморазмножаться и размножаться, что является признаком их инфекционности. Более того, когда исследователи ввели прионы, полученные из C. botulinum, в лабораторную форму бактерии E. coli, прионы снова стали способны размножаться внутри нового организма.
«То, что мы наблюдали, было отличительными чертами поведения прионов - способностью размножаться и вызывать наследуемые изменения в структуре и функции белков в двух модельных организмах», - говорит исследователь Энди Юань, научный сотрудник HMS.