Биологи нашли в микробах следы так называемых прионов – неправильно свернутых белков, считающихся сегодня причиной развития «коровьего бешенства» и болезни Альцгеймера, сообщают ученые в статье, опубликованной в журнале Science.
«Прионы распространены в живой природе гораздо шире, чем мы раньше думали. Мы полагаем, что в бактериях могут присутствовать и другие белки, формирующие прионы. По всей видимости, они не мешают, а помогают бактериям быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды, передавая новые черты потомкам и при этом, не меняя своей ДНК», — заявила Энн Хохшильд (Ann Hochschild) из Гарвардского университета (США).
В сентябре 2015 года ученые из Великобритании выяснили, изучая мозг людей, погибших от «коровьего бешенства», что болезнь Альцгеймера на самом деле может передаваться от одного человека к другому путем в результате «заражения» их нервной ткани чужеродными прионами.
Прионы представляют собой «клубки» спутанных и неправильно собранных белковых молекул, которые накапливаются в нервных клетках больных людей, и, как оказалось, способны стимулировать появление бляшек бета-амилоида в нейронах здоровых людей при попадании в их кровь и мозг. Это впервые поставило медиков перед фактом, что болезнь Альцгеймера может быть заразной.
Хохшильд и ее коллега Энди Юань (Andy Yuan) обнаружили, что прионы, в том числе и потенциально болезнетворные клубки белков, могут формироваться не только в нейронах млекопитающих, но и в клетках бактерий.
Ученые совершили это открытие, изучая геномы микробов вида Clostridium botulinum – опаснейших болезнетворных бактерий, вызывающих ботулизм и синтезирующих самый мощный нервнопаралитический токсин, известный человеку. Юаня и Хохшильд интересовало то, могут ли белки в этих микробах спутываться в клубки и образовать структуры, похожие на прионы.
Для их поиска ученые использовали специальную систему искусственного интеллекта, которая анализировала форму молекул белков и сравнивала их структуру с теми цепочками аминокислот, которые образуют прионы в клетках человека, других млекопитающих, мушек-дрозофил и даже дрожжей.
Изучив подобным образом свыше 60 тысяч геномов разных штаммов микробов, ученые открыли белок Cb-Rho, способный образовать прионные клубки. Этот фермент содержится в клетках клостридий, и он играет важную роль в жизни бактерий, участвуя в процессе «чтения» ДНК и сборки молекул информационной РНК.
Как оказалось, внутри него есть небольшая цепочка аминокислот длиной всего в 68 звеньев, способная образовывать «связки» и заставлять молекулы Cb-Rho слепляться в «полноценные» прионы. Ученые проверили, так ли это, пересадив данную часть гена Cb-Rho в клетки обычной кишечной палочки.
Опыты подтвердили предсказания нейросети – белки действительно начали слепляться в комки и образовать прионы, когда в бактериях накопилось большое количество «обрезков» этого белка. Дальнейшие эксперименты показали, что эти прионы передаются по наследству потомкам микроба при его делении, но при этом они, в отличие от клеток млекопитающих и других животных, не приводили к его гибели.
Прионы, как отмечают ученые, просто меняли то, как работает Cb-Rho — «нормальная» версия этого белка подавляет работу ряда генов, и сплетение его молекул в прионы частично отменяло блокировку части из этих генов. Как полагают ученые, прионы могут помогать бактериям быстро приспосабливаться к новым условиям среды, обходя относительно медленный процесс появления мутаций в их ДНК.
Пока не понятно, могут ли эти бактериальные прионы проникать в организм человека и размножаться в нем, вызывая болезнь Альцгеймера или «коровье бешенство», и формируются ли прионы внутри клостридий – на них, в силу соображений безопасности, ученые опытов не проводили. Все это Хохшильд и Юань проверят в ближайшее время.
