Израильские ученые показали, как бактерии обходят систему защиты при обмене ДНК
Ученые Тель-Авивского университета показали, как бактерии нейтрализуют защитные механизмы при обмене генетическим материалом друг с другом. Открытие поможет бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам.
Работа опубликована в журнале Nature.
Для человека и многих других организмов половое размножение является основным фактором создания генетического разнообразия. Хотя бактерии и другие микроорганизмы такого эффективного механизма не имеют, они могут обмениваться ДНК. Но это процесс долгое время оставался непонятным. С одной стороны чужие ДНК нужны бактериям для создания генетического разнообразия, с другой – у бактерий есть защитный механизм, который чужие ДНК уничтожает. Как бактерия "понимает", что для нее полезно, а что опасно?
Новое исследование посвящено процессу конъюгации – одному из основных механизмов переноса ДНК от одной бактерии к другой. Во время конъюгации одна бактериальная клетка соединяется с другой с помощью трубочки, которая позволяет передавать фрагменты генетического материала, так называемые плазмидами.
Соавтор работы профессор Давид Бурштейн объясняет: "Плазмиды – это маленькие, кольцевые, двухцепочечные молекулы ДНК". В ходе обмена плазмиды часто дают бактериям-реципиентам генетические преимущества. Например, многие гены устойчивости к антибиотикам распространяются благодаря передаче плазмид между бактериями.
Исследовали проанализировали 33 тысяч плазмид и показали, что в тот момент, когда белок разрезает плазмиду, чтобы она "протиснулась" сквозь трубочку, соединяющую бактерии во время конъюгации, важнейшую роль играют гены, которые первыми попадают в бактерию-реципиент. Это – особые гены, которые нейтрализуют бактериальную защиту. Если они входят в клетку первыми – плазмида приносит свою ДНК новой бактерии, если этих генов нет, – система защиты уничтожает плазмиду. Понимание роли этих генов позволяет ученым выработать новую стратегию манипулирования бактериями.
Профессор Бурштейн говорит: "Потенциальным применением открытия может стать разработка эффективных плазмид для генетического манипулирования природными бактериальными популяциями. Это может помочь блокировать гены устойчивости к антибиотикам в популяциях больничных бактерий, может научить бактерии в почве и воде расщеплять загрязняющие вещества или фиксировать углекислый газ, и даже манипулировать кишечными бактериями для улучшения здоровья человека".
Доктор Ронен Крайзман, генеральный директор компании Ramot, говорит: "В настоящее время мы работаем над коммерциализацией этой технологии, чтобы полностью реализовать ее потенциал".
