Nově objevený genetický kód kontroluje bakteriální přežití během infekcí

Zday 2010 "Social Pathology" Lecture, by Peter Joseph (Smět 2019).

Anonim

Genetický kód, který umožňuje bunkám ukládat informace nezbytné pro život, je dobře známý. Čtyři nukleotidy, zkrácené A, C, G a T, vysvětlují DNA sekvence, které kódují všechny buňky proteinu.

Výzkumníci společnosti MIT nyní objevili další vrstvu kontroly, která pomáhá bunkám rychle odvádět zdroje v nouzových situacích. Mnoho bakterií, včetně kmenů, které způsobují tuberkulózu, využívá tuto strategii k tomu, aby vstoupila do stavu, který je v klidu, který jim umožňuje přežít v nepřátelském prostředí, když je zbaven kyslíku nebo živin. Pro tuberkulózu mohou plicní infekce trvat roky, než se nakonec "znovu probudí" a způsobí znovu onemocnění.

"Co tato studie dělá, odhaluje systém, který bakterie používají k tomu, aby se zavřeli a vstoupili do jednoho z těchto přetrvávajících stavů, když se dostanou do stresu, " říká Peter Dedon, profesor biologického inženýrství Underwood-Prescott v MIT.

Dedon a jeho kolegové studovali typ bakterií známých jako Mycobacterium bovis, jeden z několika bakteriálních kmenů, které mohou způsobit tuberkulózu u lidí. Tento kmen způsobuje mírnější verzi onemocnění než smrtelnější Mycobacterium tuberculosis a v některých zemích se používá k očkování proti tuberkulóze.

Cílení tohoto nově identifikovaného genetického kontrolního systému by mohlo pomoci vědcům vyvinout nová antibiotika proti tuberkulóze a dalším onemocněním, říká Dedon, který je hlavním autorem práce, která popisuje nálezy z 11. listopadu vydání Nature Communications. Yok Hian Chionh, postdok v Singapuru-MIT alianci pro výzkum a technologii (SMART), je hlavní autor článku.

Rychlá odpověď

Dedon a jeho kolegové již dříve ukázali, že stres, jako je záření nebo toxické chemické látky, vyvolává kvasinkové buňky, aby se obrátily na systém, který dělá chemické modifikace pro přenos RNA (tRNA), který odkládá buněčné zařízení pro výrobu bílkovin od rutinních činností k nouzovým činnostem.

V nové studii se vědci shodli na tom, jak tento přepínač ovlivňuje interakce mezi tRNA a messenger RNA (mRNA), která nese instrukce pro budování bílkovin z jádra na buněčné struktury nazývané ribozomy. Genetický kód v mRNA je "čitelný" na ribozomu jako řada třípísmenových sekvencí známých jako kodony, z nichž každý vyžaduje specifickou aminokyselinu (stavební kameny proteinů).

Tyto aminokyseliny jsou dodávány na ribozom pomocí tRNA. Stejně jako ostatní typy RNA se tRNA skládá ze sekvence čtyř hlavních ribonukleosidů - A, G, C a U. (U v RNA nahrazuje T nalezenou v DNA.) Každá molekula tRNA má antikodon, který odpovídá mRNA kodonu, že správná aminokyselina je vložena do proteinové sekvence. Avšak mnoho aminokyselin může být kódováno více než jedním kodonem. Například aminokyselina threonin může být kódována ACU, ACC, ACA nebo ACG. Celkový genetický kód má 61 kodonů, které odpovídají pouze 20 aminokyselinám.

Jakmile je molekula tRNA vyrobena, změní se s desítkami různých chemických modifikací. Předpokládá se, že tyto modifikace ovlivňují, jak těsně se tRNA antikodon váže na kodon mRNA v ribosomu.

V této studii Dedon a kolegové zjistili, že některé modifikace tRNA se dramaticky zvýšily, když byly bakterie zbaveny kyslíku a přestaly růst.

Jedna z těchto modifikací byla nalezena u treoninového antikodonu ACG, takže výzkumníci analyzovali celý genom Mycobacterium bovis při hledání genů, které obsahují vysoké procento ACG kodonu v porovnání s jinými kodony treoninu. Zjistili, že geny s vysokou hladinou ACG obsahují rodinu známou jako DosR regulon, která se skládá z 48 genů, které jsou potřebné k tomu, aby buňky přestaly růst a přežívaly v klidovém stavu.

Když nedostatek kyslíku, začnou tyto bakteriální buňky vypálit velké množství proteinů DosR regulonu, zatímco produkce proteinů z genů obsahujících jeden z ostatních kodonů pro treoninové kapky. Dosorové regulační proteiny vedou buňku do klidového stavu tím, že uzavírají buněčný metabolismus a zastavují rozdělení buněk.

"Autoři představují působivý příklad nové vznikající hluboké biologie přenosových RNA, která přenáší genetický kód do všech živých organismů, aby vytvářely bílkoviny, " říká Paul Schimmel, profesor buněčné a molekulární biologie u Výzkumného ústavu Scripps, který nebyl zapojen do výzkumu. "Tato dlouho známá funkce byla po desetiletí vnímána jednoduchým a přímočarým způsobem. Představují silnou a komplexní analýzu, která ukazuje, že na tuto funkci překladu existují vrstvy a vrstvy stále hlubší."

"Alternativní genetický kód"

Vědci také ukázali, že když vyměnili různé threoninové kodony do genomických míst, kde se obvykle nachází ACG, bakteriální buňky nedokázaly vstoupit do klidového stavu, když byly sníženy hladiny kyslíku. Vzhledem k tomu, že změna tRNA modifikace je rozhodující pro schopnost bakteriálních buněk reagovat na stres, enzymy zodpovědné za tento přepínač by mohly vytvořit dobré cíle pro nová antibiotika, říká Dedon.

Dedon má podezření, že jiné rodiny genů, jako jsou ty, které jsou potřebné k reakci na hladovění nebo k rozvoji rezistence vůči lékům, mohou být regulovány podobně jinými modifikacemi tRNA.

"Je to skutečně alternativní genetický kód, v němž je jakákoliv genová rodina, která musí změnit fenotyp buněk, obohacena o specifické kodony", které odpovídají specifickým modifikovaným tRNA, říká.

Vědci také viděli tento fenomén u jiných druhů, včetně parazita, který způsobuje malárii, a nyní ho studují u lidí.

menu
menu