kilativ (kilativ) wrote,
kilativ
kilativ

Category:

Как возникает лекарственная устойчивость

Опубликована интересная статья, в которой авторы обнаружили прелюбопытнейший механизм, как бактерии находят способы борьбы с антибиотиками. Нам давно говорят, что из за массового применения антибиотиков все больше болезнетворных (и не только) бактерий приобретают лекарственную устойчивость, но что лежит в основе? Давно показано, что при обработке антибиотиками увеличивается мутагенез. Понятное дело, что большинство новых мутаций или нейтральные или даже вредные, но небольшая часть будет полезными и это поможет бактериям выжить. Однако, сам источник мутагенеза оставался невыясненым. Авторы упомянутой статьи (французы и немцы) обнаружили, что при обработке практически любыми антибиотиками в сублетальной дозах, бактерии увеличивают количество мутаций только в том случае, если сохраняется активность одной из альтернативных сигма-субъединиц РНК полимеразы.
Здесь я сделаю лирическое отступление и расскажу, что это за субъединицы. Собственно РНК полимераза состоит из двух каталитических субъединиц (бета и бета прайм), которые осуществляют катализ синтеза РНК и двух структурных субъединиц, на которых монтируются каталитические субъединицы (идентичные альфа субъединицы). Фермент в таком виде может осуществлять синтез РНК, но он не может узнавать промоторы генов и тем самым не может инициировать синтез. Для того, чтобы РНК полимераза узнала начало гена и начала транскрипцию (синтез РНК), ей необходима дополнительная субъединица, называемая Сигма. Присоединив эту самую Сигму, РНК полимераза превращается в холо-фермент, который способен инициировать транскрипцию.


Так вот, таких сигма субъединиц в клетке несколько. Есть основная Сигма, которая контролирует большинство генов, чьи продукты нужны постоянно (Сигма-А или Сигма-70 у кишечной палочки), а есть альтернативные Сигма субъединицы, которые используются клетками в разных физиологических условиях, когда нужно активировать огромное количество нужных генов разом. К примеру, такой альтернативной Сигмой является Сигма-32 у кишечной палочки, которая активируется во время теплового стресса и в свою очередь направляет синтез генов, необходимых для защиты от теплового шока.
В данном случае, ученые обнаружили, что овновную роль в мутагенезе при низкой концентрации антибиотиков играет Сигма-S, это Сигма субъединица, которая в целом отвечает за присобление клеток к стрессовым условиям. Если удалить эту Сигму из генома бактерии, клетки перестают увеличивать количество мутантов при обработке антибиотиками. Авторы статьи затем показали, что основным источником мутагенеза является ДНК-полимераза 4. Эта ДНК-полимераза характерна тем, что она используется клетками для синтеза ДНК в области повреждения, когда обычные ДНК-полимераза (1 или 3) застревают на дефектном нуклеотиде. Чтобы геном оставался целым, ДНК-полимераза синтезирует ДНК в этой области, включая обычно Аденозин в точке повреждения, вне зависимости от того, что за нуклеотил там кодируется в норме, и в целом делая гораздо больше ошибок, чем основные ДНК-полимеразы. Клетке нужно выжить, так что некое количество ошибок все равно предпочтительнее гибели.
Тем не менее, наличие активной ДНК-полимеразы 4 само по себе не регулируется активностью Сигма-S. Так что же лежит в основе? Оказалось, в основе лежит не само производство мутантов, которые возникают из за стресса (как следствие активных форм кислорода) произведенного антибиотиками, а в процессе устранения этих мутантов!
Тут мы обращаемся к еще одной систееме бактериальных ферментов - MisMatch Repair или MMR. Эта система распознает участки ДНК, в которых в результате ошибки синтеза вместо правильного комплиментарного нуклеотида (А против У, Г против С) находится неправильный, к примеру А напротив Г. Такие участки в результате последующих циклов синтеза ДНК даже нормальными ДНК-полимеразами дадут мутацию и нуждаются в коррекции. У бактерий (и даже людей) этим занимаются весьма консерватинвные ферменты MutS и MutL. Первый узнает место неправильной пары (там меняется форма структуры ДНК), а второй фиксирует MutS насвоем месте и делает надрез на нитке, которая была недавно синтезирована (и тем самым содержит мутацию). У некоторых организмов функцию надреза выполняет дополнительный фермент (MutH), но я тут подробно останавливаться не буду.


Выяснилось, что у клеток, которые подверглись обработке антибиотиками, количество MutS резко снижается. К чему это приводит? Количество мутантов при стрессе множится, но они не устраняются, тем самым давая клеткам шанс отобрать те мутации, которые будут им полезны. Встает вопрос, а при чем тут Сигма-S? Она же не контролирует MutS, который широко применяется клетками во время нормального синтеза ДНК! Тем не менее, Сигма-S определенно контролирует процесс. Проведя анализ тех генов, что используют промоторы этой Сигмы, ученые заметили, что одна очень интересная РНК (sdsR) находящаяся под контролем Сигмы-S не кодирует белка, но весьма похожа на часть РНК, которая кодирует MutS. Исследователи удалили эту РНК - и бинго! - исчез и эффект накопления мутаций. Эта самая регуляторная РНК является антисмысловой (комплиментарной к кодирующей нитке РНК) для MutS РНК и тем самым образует с ней двойную спираль. А такие двуцепочечные РНК не могут быть использованы для синтеза белка и вообще деградируются ферментами клетки, так как они напоминают геномы РНК-вирусов.
Таким образом, в целом процесс выглядит так: клетки бомбардируются сублетальными дозами антибиотиков, которые приводят к повреждениям ДНК и к активации Сигмы-S. В районе поврежденной ДНК, ДНК-полимераза 4 ведет синтез и оставляет за собой множество ошибочных нуклеотидов. Эти самые ошибки в норме удаляются через MMR, но из за активности Сигмы-S, идет синтез sdsR РНК, которая в свою очередь приводит к деградации матричной РНК MutS, снижая эффективность MMR и приводя к накоплению мутаций. Как только стресс проходит, все возвращается в исходное состояние.

Извиняюсь за длинный научный текст, наверное он интересен только любителям биологии, но вот я решил поделиться.
Tags: наука, научные новости
Subscribe

  • И немного о беспристрастном западном правосудии

    Один из ключевых свидетелей обвинения по делу против основателя WikiLeaks Джулиана Ассанжа, гражданин Исландии Сигурдур Тордарсон, признался в даче…

  • Кто на самом деле отравитель

    Американские спецслужбы планировали отравить или похитить основателя WikiLeaks Джулиана Ассанжа, пишет The Guardian. О деталях операции рассказал…

  • Избирательность

    Университет заблокировал все сайты, оканчивающиеся на .ру, полагаю в свете борьбы с российской пропагандой, но оставил ЖЖ, который .com, несмотря на…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 10 comments

  • И немного о беспристрастном западном правосудии

    Один из ключевых свидетелей обвинения по делу против основателя WikiLeaks Джулиана Ассанжа, гражданин Исландии Сигурдур Тордарсон, признался в даче…

  • Кто на самом деле отравитель

    Американские спецслужбы планировали отравить или похитить основателя WikiLeaks Джулиана Ассанжа, пишет The Guardian. О деталях операции рассказал…

  • Избирательность

    Университет заблокировал все сайты, оканчивающиеся на .ру, полагаю в свете борьбы с российской пропагандой, но оставил ЖЖ, который .com, несмотря на…