Ученым впервые удалось составить полное описание живого организма - возбудителя пневмонии

Ученым впервые удалось составить полное описание живого организма - возбудителя пневмонии, выявив взаимодействие между его различными генами. Схема, оказавшаяся намного более сложной, чем ожидалось, поможет в поиске новых лекарств против воспаления легких.

Сейчас воспаление легких является основной причиной смерти у детей до 5 лет и одним из опасных осложнений ОРВИ и гриппа. Это заболевание вызывают микроорганизмы разных видов. Исследованный биологами из Германии и Испании Mycoplasma pneumoniae - один из них.

Самое простое существо
Бактерии состоят из единственной клетки, заметно более простой, чем клетки грибов, простейших и животных. У них нет ядра, многих внутриклеточных структур, которые можно найти у более сложных организмов, по сути бактерии - самая простая форма жизни. А микоплазма, которой посвящено сразу три статьи в журнала Science от 27 ноября 2009 года, держит еще и своеобразный рекорд по краткости генома: у этой бактерии минимальное число генов.

816 тыс. нуклеотидных пар (из нуклеотидов собирается молекула ДНК, а так как в этой молекуле две нити, то и считают длину именно в парах) - это слишком мало для нормальной жизнедеятельности бактерии. Внутри микоплазмы не может протекать даже обычная для большинства живых существ реакция по извлечению энергии из глюкозы - цикл Крепса, в геноме не поместилась информация о необходимых ферментах, поэтому микоплазма не может их синтезировать, не хватает ей и способности синтезировать ряд необходимых для жизнедеятельности веществ. В результате этот микроорганизм может жить и размножаться, только заразив хозяина.

Микоплазма, таким образом, является интересным объектом для изучения не только в связи с тем, что способна вызывать воспаление легких, но и в связи со своей простотой. Поскольку полного описания живого организма никто не делал, исследователи решили с него и начать.

Чертежи
Что входит в описание бактерии и чем это описание отличается от всех опубликованных ранее? Ведь бактерии исследуются уже как минимум полтора столетия, если отталкиваться от работ Луи Пастера, открывшего способ стерилизации молока и других продуктов (впервые же бактерии увидел еще Левенгук, изобретатель первого микроскопа в 1676 году). Микоплазма же выделена в 1962 году, а в 1990-х годах прочитана полная последовательность ее ДНК.

Помимо простого перечисления генов ученые в 2009 году описали и все связи между ними, выяснив, как кодируемые этими генами белки взаимодействуют между собой и регулируют производство других белков. Исследователи описали 189 химических реакций, протекающих внутри микроорганизма, а также процессы, требующие объединения нескольких молекул разных белков в один комплекс.

Чтобы представить сложность подобного исследования, заметим, что картина связей между генами, белками и химическими реакциями может быть очень запутанной. Например, повышение температуры может увеличить скорость одной химической реакции, и в клетке начинает синтезироваться больше вещества А, которое замедляет другую химическую реакцию, дающую на выходе вещество Б. Попутно А переводит в активное состояние белок В, в свою очередь запускающий синтез кодируемых генами Г, Д и Е белков. Белки Д и Б вместе дают комплекс, который подавляет реакцию синтеза А - и так далее, с вовлечением уже не пяти белков, а нескольких сотен, с учетом реакции клетки на температуру, на кислотность, на наличие нескольких десятков разных веществ вокруг.

Схема этих реакций, если ее убористо изобразить на листе бумаги, займет стену если не спортивного зала, то школьного класса, а ведь есть еще и математические уравнения, которые описывают все эти 189 реакций!

Результат
Исследователи составили полную схему генома, описали если не все возможные химические реакции, то их большую часть, выяснили, как регулируется уровень активности генов. А что эта работа, выполненная с привлечением самых современных методов, даст в практическом плане?

Прежде всего такие полные описания помогают целенаправленному поиску слабых мест микроорганизма при создании новых лекарств или подборе наиболее эффективных комбинаций из уже существующих. Если, к примеру, существовал бы антибиотик, поражающий только микоплазму, но не трогающий микрофлору кишечника и тем более не угрожающий клеткам человека, побочных эффектов от терапии стало бы намного меньше.

Кроме того, проведенные исследования выявили и ряд новых особенностей строения бактерий как таковых. Способ регуляции активности генов, например, оказался у M. pneumoniae схож с тем, который используют куда более сложные организмы вплоть до млекопитающих. У микоплазмы в цепочке ДНК также нашлись участки, которые не учитываются при синтезе белка (из снятой с ДНК и направляющейся к рибосомам для синтеза белка РНК эти фрагменты просто выбрасываются), а схожие гены сгруппированы вместе. Это знание может пригодиться микробиологам, работающими с другими бактериями, да и не только им: узнать о том, как может быть организовано хранение генетической информации, интересно и специалистам по теории эволюции.

Исследование показывает, что микоплазма лучше адаптируется к внешним изменениям, чем считалось раньше. Для врачей это опять-таки не бесполезная информация, хотя основным результатом является то, что биологи постепенно переходят от простых описаний к составлению сложных схем, позволяющих понять принципы работы организма в целом.

Источник: Gzt.ru