Ученые из Университета Иллинойса в Чикаго разработали способ определения начала каждого гена, известного как сайт начала трансляции или стартовый кодон, в ДНК бактериальной клетки с помощью одного эксперимента, и с помощью этого метода они показали, что отдельный ген способен кодировать более одного белка.
Исторически общепризнанная научная предпосылка заключалась в том, что каждый ген имеет один уникальный стартовый сайт и отвечает за создание только одного белка. Однако исследование, опубликованное в Molecular Cell, ведущем журнале по теме клеточных процессов, показывает, что некоторые гены имеют более одного стартового сайта и могут определять производство более чем одного функционального белка.
Их метод определения стартовых участков генов основан на использовании распространенного рецептурного препарата под названием ретапамулин, местного антибиотика. Они впервые продемонстрировали, что ретапамулин работает, заставляя рибосомы, которые считывают генетический код, останавливаться в этих стартовых точках, подавляя трансляцию, ключевую часть процесса, посредством которого генетический код в ДНК используется для создания белков.
Александр Манкин и Нора Васкес-Ласлоп из UIC возглавили исследование, в котором изучалась реакция клеток кишечной палочки на ретапамулин в экспериментах in vitro и in vivo.
«Во-первых, мы поняли механизм действия антибиотика, а затем применили эти знания для определения специальных сигналов «стартового» гена, которые клетка использует для регуляции синтеза белка», - сказал Манкин, профессор медицинской химии и фармакогнозии имени Александра Нейфака. Фармацевтический колледж UIC. «В прошлом эти стартовые кодоны идентифицировались довольно сложными процессами - белки часто нужно было выделять и изучать, чтобы обнаружить, где в бактериальном геноме расположены стартовые участки их генов. Теперь, в одном эксперименте, мы можем более точно профилировать начало всех тысяч бактериальных генов».
Манкин и Васкес-Ласлоп говорят, что использование ретапамулина для помощи в профилировании бактериальной трансляции генов открывает много новых возможностей для исследований.
Используя антибиотик, исследователи из лаборатории Манкина и Васкес-Ласлоп, в которую входили Сезен Мейдан, Джеймс Маркс, Дорота Клепаки и Амира Кефи, смогли идентифицировать «загадочные» или альтернативные стартовые сайты в некоторых бактериальных генах.
«Мы увидели, что многие ранее скрытые белки были инициированы в участках в середине гена, и что эти белки были функциональными, и что инициация в альтернативных стартовых участках широко распространена у бактерий», - сказал Васкес-Ласлоп, профессор-исследователь. медицинская химия и фармакогнозия в Фармацевтическом колледже UIC и Центре биомолекулярных наук.
Исследователи обнаружили более 100 генов кишечной палочки из примерно 4000, которые могут инициировать синтез белка более чем в одном месте.
Белки, инициированные в этих неизвестных местах, могут составлять ранее скрытую фракцию протеома - весь набор белков, которые могут экспрессироваться - у бактерий, и их инициация в этих местах может играть роль в жизни клетки. », - сказал Манкин, который также является директором Центра биомолекулярных наук. «Получив лучшее понимание клетки и механизмов действия антибиотиков, мы сможем применить эти знания, чтобы узнать больше о том, что делает бактерии патогенными».
"Мы также можем применить эти знания, чтобы лучше понять, как предотвратить или остановить причинение вреда бактериями", - сказал Васкес-Ласлоп.