Раскрыта тайна изменчивости бактерий в космосе

Опубликованно 06.11.2016 07:27

Изменчивость бактерий в пространстве объяснил гиперэкспрессией гена.

Американские ученые показали, что эволюция трансмембранная передача сигнала внеклеточных бактерий в условиях микрогравитации. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS ONE.

Понимание того, что изменения поведения земли бактерий в условиях микрогравитации, важно защитить космонавтов в длительных полетах. Например, известно, что в космосе бактерии могут производить более вторичные метаболиты (витамины и алкалоиды), становятся более вирулентными и устойчивыми к антибиотикам. По одной из версий, он связан с внеклеточной средой: уменьшение силы тяжести ограничения средств передачи питательных веществ через мембраны. Однако молекулярные механизмы этих нарушений остаются неясными.

Исследователи из Колорадского университета в Боулдере проверили теорию трансмембранной передачи на бактерии (Escherichia coli). Для анализа мы использовали три группы бактерий, которые были помещены в раствор с различным содержанием сульфата гентамицина (антибиотик) — 25, 50 и 75 микрограмм на миллилитр, на Земле и на борту Международной космической станции (МКС). После этого авторы сравнили экспрессию генов (всего 4313 единиц) микроорганизмов в нормальных условиях и в условиях микрогравитации.

Результаты показали, что некоторые гены в E. coli, после помещается в раствор к МКС имеют гиперэкспрессированы не менее десяти раз. Более половины из этих генов принадлежат к двум семействам: thiEFGHS (2,2–32,4 раз) и hdeABD (2,6–29 раз). Гиперэкспрессия thiEFGHS указывает на повышенный синтез тиамина, который необходим для правильного метаболизма углеводов, и голод клеток. В свою очередь, гиперэкспрессия hdeABD связана с нарушением кислотно-щелочного баланса. Таким образом, ген hdeA кодирует белок, который защищает бактерии от высокой кислотности.

Кроме того, ученые отметили, гиперэкспрессию генов malE (36,07 раза) и лэмб (до 30,5 раз), который обеспечивает транспорт в клетку мальтозы (дисахарида). В ходе эксперимента один источник углевода в раствор глюкозы. Запуск этих генов может говорить о попытках бактерий при микрогравитации найти другие источники пищи. Благодаря гиперэкспрессии других генов (malK, oppAB, oppCDF, Дпс, glnG) E. coli, вероятно, пытались ускорить получение энергии, компенсировать дефицит глюкозы и азота и защищать ДНК от повреждений.

Гены, которые гиперэкспрессировались на МКС.

Потому что гиперэкспрессированными находились также ряд генов (gadE), связанных с уровнем pH, исследователи попытались понять источник их гиперэкспрессии. Тот факт, что pH бренд не только кислотно-щелочной баланс раствора, а не всей окружающей среды. Однако, показатель pH в растворах, которые были использованы на Земле и на борту МКС, был одинаковым. Это позволило предположить, что бактерии повлияли на это высокая кислотность в условиях микрогравитации.

«Микрогравитационная среда МКС используется во многих исследованиях, например, связанных с разработкой вакцин. Она помогает искать новые цели в антибиотикорезистентных возбудителей, а также тест-веществ, которые предназначены для борьбы с остеопорозом и раком. Понять, как внеклеточные биофизические процессы влияют на передачу сигналов у бактерий, это важно не только для пространства, но и в других областях», - сказал соавтор работы Луи Zea (Luis Zea).

Категория: Блоги