«Хорошо быть гибкой», — подумала листерия и изменила структуру РНК

Интернациональная группа исследователей изучила РНК бактерии Listeria monocytogenes — возбудителя опасной пищевой инфекции. Ученые нашли новый механизм, позволяющий бактерии заражать организм, и смогли его заблокировать. Результаты исследования опубликованы в Cell Reports.

Бактерия Listeria monocytogenes, или листерия может проникать в организм вместе с едой и вызывать тяжелое заболевание листериоз. В США в год листериозом заболевает 1600 человек, из них умирает 260. Особенно листериоз опасен для беременных, пожилых и людей с ослабленной иммунной системой.
Группа авторов задалась вопросом, что происходит с молекулами РНК бактерии L. monocytogenes при изменении внешних условий. Обычно молекулы РНК служат посредниками при передаче генетической информации от генов к белкам, а уже белки осуществляют разнообразные функции в клетке, например служат ферментами или регуляторами.

С химической точки зрения РНК представляют собой длинные цепи, способные складываться в различные пространственные структуры, которые служат на благо клетки. Эти структуры могут меняться под действием внешних факторов, помогая организмам адаптироваться или, в случае с бактерией, распространяться в чужом организме. В поисках таких структур ученые провели эксперименты, в которых выращивали клетки листерий при разных температурах, а также попробовали активировать механизмы, которые у бактерий включаются при заражении.

«Мы искали элементы РНК, которые меняют свою структуру, ведь если они меняют свою структуру, то, скорее всего, играют важную роль в регуляции генов. Мы нашли взаимодействие двух информационных РНК, которое способствует проникновению бактерии в клетки. Если заблокировать этот механизм, бактерия перестает заражать клетки. Кроме того, мы показали, что две информационные РНК в принципе могут взаимодействовать друг с другом. Такой механизм может быть более распространен, чем полагалось ранее», — считает Дмитрий Игнатов, первый автор исследования, старший научный сотрудник лаборатории геномной инженерии МФТИ.

Во-первых, исследователи нашли разницу между РНК бактерий, которые жили при 26 °С и 37 °С. Одна из молекул РНК формирует термопереключатель, который позволяет бактерии адаптироваться к перепадам температуры. Когда температура понижается, РНК разворачивается и открывает возможность для синтеза так называемого белка холодового шока. При более высоких температурах этот белок становится не нужен, и его синтез блокируется (рисунок №1).

Во-вторых, в РНК нашли механизм, помогающий листерии процветать в чужих клетках. Белок листериолизин О позволяет бактерии проникать внутрь клеток человека и животных и таким образом делает бактерию патогенной. Для его правильного сворачивания необходим другой белок — такой тип белков называют шаперонами. Оказалось, что они помогают друг другу еще будучи «проектами», то есть их РНК взаимодействуют между собой. РНК, кодирующая листериолизин, связывается с РНК шаперона и защищает ее от разрушения (рисунок №2). Можно предположить, что если заблокировать взаимодействие этих двух РНК, то синтез шаперона понизится, листериолизин свернется неправильно и бактерия станет менее патогенной. 

Чтобы проверить свое предположение, ученые внесли мутации, которые блокируют обнаруженное взаимодействие, и посмотрели, как листерии заражают клетки мышей. И действительно, заблокированное взаимодействие сделало бактерию менее опасной (рисунок №3). Ученые пока не могут с уверенностью сказать, насколько их открытие применимо в медицине — для этого нужны дальнейшие исследования. Однако результат работы представляет фундаментальный интерес: у бактерий это всего лишь второй пример  взаимодействия между РНК, кодирующими белки. Возможно, подобные взаимодействия не столь редки, как считалось ранее, и играют важную роль в жизнедеятельности бактерий.

Совместно с ученым из лаборатории геномной инженерии МФТИ, в работе принимали участие специалисты из Университета Умео, (Швеция), Института биологической физики, (Париж, Франция), Иллинойского университета (Чикаго, США), Университета Южной Дании, (Оденсе, Дания).