Бактерии считаются настоящими экспертами в области выживания. Их быстрая адаптация к изменяющимся условиям окружающей среды основана, в частности, на двух конкурирующих сигнальных молекулах.
В качестве "инь и янь" метаболического контроля они определяют образ жизни бактерий, как сообщают исследователи из Университета Базеля.
Будь то патогены, глубоководные микроорганизмы или бактерии, обитающие в почве, чтобы выжить, микроорганизмы должны быть способны быстро адаптироваться к различным изменениям окружающей среды, в том числе к истощению питательных веществ. Своей необыкновенной способностью быстро приспосабливаться к неблагоприятным условиям жизни бактерии обязаны сигнальным молекулам.
Ученые во главе с профессором Урсом Дженал обнаружили, что бактерии используют две химически связанные сигнальные молекулы, чтобы адаптировать свой образ жизни к доминирующим условиям жизни. Исследователи представляют свои результаты в последнем выпуске журнала Nature Microbiolology. Как и Инь и Янь, эти две молекулы воплощают в себе две силы, которые взаимно управляют ростом бактерий и обменом веществ.
Ученые исследовали антагонистическую природу двух сигнальных молекул ppGpp и c-di-GMP у Caulobacter сrescentus в качестве модельного организма. Эта бактерия может играть две разные роли: она может быть в форме, которая не способна делиться и в репродуктивном состоянии.
Как образ жизни, так и условия окружающей среды отражаются в концентрации двух сигнальных молекул. Эта информация обнаруживается белком, который связывает обе сигнальные молекулы и действует как молекулярный переключатель, контролируя рост, обмен веществ и образ жизни бактерии.
Сигнальные молекулы ppGpp и c-di-GMP конкурируют за привязку к главному переключателю. "При высокой активности бактерий включается ppGpp белок", - объясняет Урс Дженал. "В этом состоянии потребление глюкозы максимально высокое. Параллельно с этим эффективно нейтрализуются вредные кислородные радикалы". Это гарантирует, что метаболические реакции адаптируются к высокой потребности в энергии подвижных бактерий и предотвращает повреждение клеток.
При благоприятных условиях жизни, обеспечивающих достаточное количество питательных веществ, уровень c-di-GMP постоянно повышается, и бактерии сокращают активность, переходя в более стабильное "оседлое" состояние. "В этом случае c-di-GMP вытесняет ppGpp, он меняет свою структуру и выключается", - говорит Дженал. "Это перенаправляет метаболические реакции, позволяющие бактериям оседать, расти и размножаться. Производство строительных блоков для бактериальной клетки увеличивается вместе с адгезивными веществами для прикрепления к поверхностям".
С помощью молекулярного переключателя ученые обнаружили связь между двумя крупными регуляторными сетями, которые до сих пор считались работающими независимо друг от друга. Хотя Caulobacter является безвредной бактерией окружающей среды, недавно открытый механизм "Инь и Янь" также может играть важную роль и для патогенных бактерий, что может оказаться ключевым моментом: как ppGpp, так и c-di-GMP по-разному влияют на бактериальную вирулентность и персистентность, а также на резистентность к антибиотикам, влияя, таким образом, на течение многих инфекций.
