2014-05-10

Гонококи вносять зміни в свій геном

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Гонокок на поверхні лімфоциту

Гонокок Neisseria gonorrhoeae здатний вносити зміни в ген свого поверхневого білка піліну, що ускладнює вироблення імунітету у заражених людей. Відповідно до висунутої раніше гіпотези, ділянки пілінового гена заміщуються фрагментами «псевдогенів» - численних непрацюючих копій гена, які трохи розрізняються своїми нуклеотидними послідовностями. Гіпотетичний механізм цього процесу передбачає наявність у клітині гонокока як мінімум двох копій генома (як у більшості тварин і рослин), хоча зазвичай у бактерій геном представлений в єдиному екземплярі. Американським мікробіологам вдалося показати, що гонококи дійсно мають дві копії геному в кожній клітині.

За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, 78 мільйонів людей у світі щорічно заражаються гонореєю. Гонокок (Neisseria gonorrhoeae) - облігатний паразит людини: він може жити тільки в людському організмі і в ході еволюції мікроб дуже добре адаптувався до свого «місця існування». Він не гірше від інших бактерій вміє пристосовуватися до антибіотиків. Проте головним ворогом мікробів споконвіку є не ліки, а наша імунна система, і гонококи виробили потужні засоби боротьби з нею, причому як оборонні, так і наступальні.

Відомо, що гонококи можуть пригнічувати розмноження і активність лімфоцитів, прикріпляючись до певних білків на їх поверхні. Але найбільш шкідлива властивість мікробів, через яку люди практично не можуть виробити проти них стійкий імунітет, полягає в їх здатності швидко змінювати структуру своїх поверхневих білків - тих самих, за якими клітини імунної системи розпізнають паразитів. Поки імунна система вчиться розпізнавати і знешкоджувати якийсь штам гонокока, він змінюється, і розмножені лімфоцити (з рецепторами, «налаштованими» на поверхневі білки бактерії) виявляються не при справах.

Головний поверхневий білок гонококів пілін змінюється не за рахунок звичайних «випадкових мутацій» - помилок при копіюванні геному, а за рахунок контрольованого процесу генної конверсії, тобто цілком цілеспрямованої заміни одних ділянок гена іншими. Власне кажучи, це той самий механізм, завдяки якому наші лімфоцити виробляють мільйони різноманітних антитіл (імуноглобулінів) і рецепторів, здатних розпізнати практично будь-яку заразу.

Можна сказати, що гонококи борються з імунною системою її ж зброєю. Однак деталі механізму генної конверсії сильно розрізняються в імунній системі і у гонококів. В геномі гонококів, крім активного пілінового гена, існує безліч неповних безмовних копій (іноді їх не зовсім коректно називають «псевдогенами»), деякі ділянки яких повністю ідентичні зі «зразком», тоді як інші сильно варіюють. Час від часу яка-небудь ділянка активного гена може бути замінена відповідним фрагментом однієї з копій. В результаті структура піліна змінюється і рецептори імунної системи перестають його впізнавати.

Молекулярний механізм заміни одних ділянок геному іншими у гонококів поки невідомий (це досить важко з'ясувати експериментальним шляхом), проте запропоновано декілька гіпотетичних моделей. Всі ці моделі припускають, що в кожній клітині гонококів повинні бути присутні як мінімум два примірники генома (спрощено кажучи, ділянки «псевдогенів» одного примірника вставляються в активний піліновий ген іншого примірника). Це суперечить усталеним уявленням, відповідно до яких бактерії є гаплоїдними організмами (тобто мають один примірник генома в кожній клітині, якщо не враховувати період, що передує клітинному поділу). На відміну від бактерій, більшість рослин і тварин - диплоїдні організми (два примірники генома, або подвійний набір хромосом в кожній клітині).

Правда, зрідка у пресі з'являлися повідомлення про виявлення у деяких бактерій двох або більше хромосомних наборів у клітинах, які не дляться, але в цілому проблема ди- і поліплоїдії у бактерій залишається маловивченою.

Дебора Тобіасон і Стівен Сейферт з Північно-Західного університету (Чикаго, США) не тільки довели, що гонококи дійсно є диплоїдними організмами, а й з'ясували, яким чином відбувається реплікація (подвоєння) хромосом гонококів перед клітинним поділом.

Диплоїдність гонококів підтверджує висловлені раніше припущення про механізми генної конверсії у цих мікробів. Автори проводять цікаву паралель з іншим мікробом, у якого раніше було відзначено присутність більш ніж одного примірника геному, а саме з Deinococcus radiodurans, який знаменитий тим, що здатний витримувати жахливі дози радіації, абсолютно смертельні для будь-якої іншої живої істоти. Дейнокок є тетраплоїдом - в його клітинах присутні відразу чотири копії геному. «Запасні» копії потрібні цьому мешканцеві ядерних реакторів для оперативної репарації («лагодження») ДНК. Коли під впливом радіації в одній з хромосом виникають мутації, запасні хромосоми, мабуть, використовуються як матриці, з яких можна скопіювати «правильні» послідовності нуклеотидів в зіпсовану хромосому. Таким чином, в обох випадках множинність генома (поліплоїдія) розвинулася у зв'язку з необхідністю внесення якихось осмислених змін в ДНК.

Можливо розвиток ди- і поліплоїдії у вищих організмів було пов'язане (хоча б частково) з аналогічними потребами? Але тут ми вже вступаємо в область безпідставних спекуляцій, від яких автори цитованої статті розсудливо утрималися.

За матеріалами plosbiology.org.

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus