Сравнительные геномные исследования позволили выявить ранее неизвестные детерминанты бактериальной патогенности и привели к накоплению впечатляющего количества данных о генах вирулентности.
Однако даже в пределах одного вида бактерий патогенный потенциал различных штаммов может существенно различаться, несмотря на то, что они имеют большинство, если не все гены вирулентности. Так, для Pseudomonas aeruginosa было продемонстрировано, что гены, необходимые для патогенности одного штамма, не являются обязательными или предсказуемыми для патогенности других. Вирулентность этого важного оппортунистического патогена является многофакторной и комбинаторной. Пул генов, связанных с патогенностью, взаимодействует в различных комбинациях в разных внешних и генетических условиях, что затрудняет разработку антивирулентных препаратов как новых вариантов борьбы с проблемными, часто мультирезистентными патогенами.
У бактерий существует значительное разнообразие механизмов регуляции экспрессии генов вирулентности в ответ на условия, преобладающие в организме хозяина. Было выявлено множество консервативных и видоспецифичных регуляторных белков, включая глобальные транскрипционные регуляторы сетей вирулентности, такие как белки, участвующие в межбактериальной коммуникации (quorum sensing). Кроме того, достижения в области высокопроизводительного секвенирования способствовали идентификации регуляторных некодирующих РНК, которые добавили несколько уровней посттранскрипционного контроля над механизмами, связанными с вирулентностью. Также, недавно было обнаружено, что модификации тРНК играют важную роль в регуляции патогенности бактерий.
Pseudomonas aeruginosa - важный оппортунистический патоген, вызывающий опасные для жизни инфекции, ассоциирующиеся с высоким уровнем заболеваемости и смертности. Исследователи из Центра экспериментальных и клинических исследований инфекций в Ганновере смогли показать, что определенный фермент контролирует вирулентность бактерий через модификацию транспортной РНК (тРНК). Они надеются, что их выводы откроют путь к разработке новых методов лечения.
Статья с их результатами опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Авторы показали, что фермент под названием GidA принимает непосредственное участие в коммуникации между бактериальными клетками и формировании биопленок у P. aeruginosa. Ученые задались вопросом, может ли GidA также играть центральную роль в патогенности P. aeruginosa и, следовательно, быть потенциальной мишенью для будущих патоблокаторов?
GidA - это фермент, который изменяет ключевые молекулы тРНК. Молекулы тРНК участвуют в производстве белков благодаря своей способности декодировать генетический код, а GidA придает некоторым из них, так сказать, завершающий штрих. "Мы выяснили, что происходит, когда GidA больше не может вносить изменения в молекулы тРНК и изучили последствия для патогенности бактерий", - рассказал один из первых авторов этого исследования Николас Освальдо Гомес.
Для проведения экспериментов ученые использовали генетические методы, чтобы получить штамм P. aeruginosa не способный вырабатывать фермент GidA. В различных экспериментах с использованием клеточных культур и животных моделей исследователи сравнили патогенность генетически модифицированных бактерий с диким типом. "Во всех экспериментах патогенность была значительно снижена по сравнению с диким типом. Если GidA отсутствовал, некоторые молекулы тРНК больше не модифицировались, что, очевидно, означает, что белки, имеющие решающее значение для патогенности, больше не вырабатывались", - говорит Гомес. "В ходе дальнейших исследований мы смогли определить, что структура биопленки изменилась, и что хинолоновый антибиотик оказался значительно более эффективным, чем в случае дикого типа".
"Таким образом, если молекулы тРНК не могут быть модифицированы GidA, Pseudomonas aeruginosa значительно теряет свою эффективность, а защитный барьер биопленки становится проницаемым. Это чрезвычайно многообещающие результаты в отношении новых потенциальных мишеней для разработки патоблокаторов".
Используя различные омические методы и биоинформационный анализ, исследователи также смогли показать, какие именно типы молекул тРНК модифицируются GidA и в каких участках. И что эти модифицированные молекулы тРНК вступают в действие только во время синтеза определенных белков и либо в начале, либо в конце генов. "Результаты нашего исследования позволяют сделать вывод, что патогенность Pseudomonas aeruginosa подвержена специализированному эпигенетическому контролю, в котором GidA функционирует как своего рода переключатель", - поясняет Гомес. "Мы можем и должны использовать это как отправную точку для разработки эффективных патоблокаторов против Pseudomonas aeruginosa и других проблемных бактериальных патогенов".
Подход к профилированию последствий химических модификаций тРНК, разработанный авторами, является общим по своей концепции. Он представляет собой парадигму того, как модификации тРНК, обусловленные экологическими факторами, управляют программами экспрессии генов и регулируют фенотипические результаты, ответственные за адаптацию бактерий к сложным условиям обитания, преобладающим у хозяина. В последующих исследованиях ученые хотят найти другие ферменты, участвующие в модификации молекул тРНК.
