Раскрыта тайна изменчивости бактерий в космосе

Опубликованно 06.11.2016 16:27

Изменчивость бактерий в пространстве объяснили гиперэкспрессией генов.

Американские ученые показали, как изменяется трансмембранная передача внеклеточных сигналов бактерий в условиях микрогравитации. Результаты работы, опубликованной в журнале PLoS ONE.

Понимание того, как меняется поведение на земле бактерий в условиях микрогравитации, является важным для защиты космонавтов в длительных полетах. Например, известно, что в космосе бактерии могут производить больше вторичных метаболитов (витаминов и алкалоидов), быть более вирулентными и устойчивыми к антибиотикам. По одной из версий, это связано с внеклеточной среде: упадок сил тяготения ограничивает способы переноса питательных веществ через мембрану. Однако молекулярные механизмы этих нарушений остаются неясными.

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

Результаты показали, что некоторые гены E. coli после помещения в раствор на МКС были гиперэкспрессированы минимум в десять раз. Более половины из этих генов принадлежат к двум семьям: thiEFGHS (2,2–32,4 раза) и hdeABD (2,6–29 раз). Гиперэкспрессия thiEFGHS о том, что повышение синтеза тиамина, который необходим для нормального обмена углеводов, и голод клеток. В свою очередь, гиперэкспрессия hdeABD, связанной с нарушением кислотно-щелочного баланса. Так, ген hdeA кодирует белок, который защищает бактерии от высокой кислотности.

Кроме того, ученые отметили, гиперэкспрессию генов malE (до 36,07 раза) и Лэмб (до 30,5 раза), транспорт предоставляют в клетку мальтозы (дисахарида). При этом в эксперименте источник углеводов в растворе была глюкоза. Начало этих генов может говорить о попытках бактерий в микрогравитации найти альтернативные источники энергии. Благодаря гиперэкспрессии других генов (malK, oppAB, oppCDF, ДПС, glnG) E. coli, вероятно, пытались ускорить получение энергии компенсировать дефицит глюкозы и азота и защитить ДНК от повреждений.

Гены, которые гиперэкспрессировались на МКС.

Потому что гиперэкспрессированными были также ряд генов (Гаде), связанные с уровнем pH, исследователи попытались выяснить, откуда его гиперэкспрессии. Тот факт, что рН бренда только кислотно-щелочной баланс раствора, но не всей окружающей среды. Вместе с тем, показатель pH в растворах, которые использовались на Земле и на борту МКС, был идентичен. Это позволило предположить, что бактерия влияет именно высокая кислотность в условиях микрогравитации.

"Микрогравитационная среда МКС используется во многих исследованиях, например, связанных с разработкой вакцин. Она помогает найти новые цели в антибиотикорезистентных патогенах, а также экспериментировать вещества, которые предназначены для борьбы с остеопорозом и раком. Понимание того, как внеклеточные биофизические процессы, которые влияют на передачу сигналов на бактерии, имеет важное значение не только для космонавтики, но и других областей", - сказал соавтор работы, Луис Зеа (Luis+).

Категория: Наука