Увеличение расстояния между мембранами сделало бактерии уязвимыми для антибиотиков
Увеличение расстояния между внутренней и внешней мембранами бактериальной клетки делает бактерии ухудшают передачу сигнала об опасности, делая их более уязвимыми для воздействия антибиотиков, пишут ученые из Бельгии, Великобритании и США в работе, опубликованной в журнале PLOS One.
Еще в 1960-х годах ученые описали многослойную архитектуру грамотрицательных бактерий, у которых, помимо внутренней мембраны, есть внешняя мембрана. Между ними находится периплазматическое пространство, в котором содержится пептидогликан — вещество, молекулы которого образуют каркас бактериальной клетки, поддерживают ее форму и защищает от разрушения. Многие антибиотики препятствуют синтезу пептидогликана или нарушают связи между его цепями, из-за чего разрушаются стенки клетки, и бактерии гибнут. Однако бактерии вырабатывают иммунитет к этим препаратам, и, хотя строение этих клеток изучено достаточно подробно, остается неясным как именно «работает» архитектура мембраны.
Абир Асмар (Abir Asmar) из Лувенского католического университета в Брюсселе и его коллеги из США и Великобритании решили ответить на этот вопрос, и провели исследование липопротеина Брауна (lpp). Это самый распространенный белок кишечной палочки (Escherichia coli), он ковалентно связан с внешней мембраной и с пептидогликаном и является важным компонентом, обеспечивающим стабильность оболочки.
В энтеробактериях, к семейству которых принадлежит кишечная палочка, целостность внешней мембраны и пептидогликана контролирует система регулирования синтеза капсул (Rcs). Эта система представляет собой сложную систему передачу сигналов между, по меньшей мере, шестью компонентами. Один из них, липопротеин RcsF, расположен во внешней оболочке клетки, и именно он распознает действие антибактериальных химических препаратов, и передает сигнал о тревоге дальше по Rcs.
Ученые предположили, что изменяя длину липопротеина Брауна, они смогут повлиять на расстояние между мембранами, и, таким образом, на работу Rcs. Для исследования они использовали бактерии кишечной палочки, у которых изменяли длину lpp и длину RcsF, меняя геном бактерий. Затем подопытные клетки подвергали действию двух веществ, используя мециллинам (бета-лактамный антибиотик) и соединение A22, которое ингибирует актиноподобный белок MreB. Показателем, который характеризует эффективность работы Rcs по передаче сигнала, был уровень активации гена PrprA-lacZ, которые рассчитывали относительно базального уровня в штамме бактерии дикого типа (без мутаций).
Два штамма кишечной палочки с удлиненным липопротеином Брауна (lpp+14 и lpp+21) продемонстрировали значительное ухудшение уровня активации гена после воздействия А22 и мециллинама (P < 0.0001 по сравнению с диким типом). Клетки с удлиненной RcsF значительно лучше отвечали на оба препарата, чем клетки, которые несли пустую плазмиду (pAM238) или pRcsF (P < 0.0001).
Таким образом, даже небольшое увеличение размера периплазмы — пространства между внешней и внутренней мембранами — нарушило линию связи между мембранами, эффективно отключая внешнюю часть оболочки от цитоплазмы, где контролируется клеточное поведение. Авторы считают, что дальнейшее исследование чувствительности системы защиты от расстояния между мембранами может помочь сделать существующие антибиотики более эффективными.
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».