Космополитическая бактерия Helicobacter pylori, которая колонизирует желудочно-кишечный тракт млекопитающих, ответственна за одну из наиболее распространенных микробных инфекций у людей. Многие инфекции Helicobacter не вызывают явных симптомов, в то время как другие вызывают различные типы желудочно-кишечных расстройств, таких как язва желудка. Однако наиболее серьезным последствием заражения H. pylori заключается в том, что этот микроорганизм может вызвать развитие рака желудка.
Одна из самых ярких особенностей этого вида – его генетическое разнообразие. Исследовательские группы под руководством микробиологов профессора Себастьяна Суэрбаума и профессора Кристин Йозенханс из Института Макса фон Петтенкофера LMU изучают значение этой особенности для ее способности выжить в организме человека. Теперь они сообщают об идентификации определенного фермента, который играет важную роль в координации регуляции экспрессии генов у патогена. Белок принадлежит к классу ферментов, известных как ДНК-метилазы, функция которых заключается в прикреплении химической метки, известной как метильная группа (CH3), к определенным мотивам последовательности в ДНК.
Метилирование ДНК у бактерий было впервые описано как самозащитное средство примитивной иммунной системы, которая распознает неметилированные ДНК как чужеродные и избирательно разрушает их. Однако теперь известно, что системы метилирования ДНК у бактерий играют множество других ролей в отношении контроля активности генов.
Более того, эта функция, по-видимому, настолько важна для выживания H. pylori в желудке, что недавно идентифицированная метилаза обнаружена в каждом из более чем 450 штаммов видов, исследованных в новом исследовании.
Напротив, многие другие члены того же семейства ферментов обнаружены только в небольшой подгруппе исследованных штаммов. Новые результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Nucleic Acids Research. Ведущий автор отчета – докторант Иратче Эстибариз.
Практически во всех сферах жизни метилтрансферазы играют решающую роль в «эпигенетических» процессах (i.е. регуляторные механизмы, которые зависят от изменений в химической структуре, но не от последовательности нуклеотидных оснований в ДНК), которые позволяют организмам быстро адаптироваться к изменениям в условиях окружающей среды.
Метилирование ДНК как способ регуляции экспрессии генов было первоначально обнаружено у людей – где метилирование определенных последовательностей ДНК служит для придания затронутым генам устойчивости к активации. «Однако роль эпигенетики у бактерий до сих пор мало изучена», – говорит Себастьян Суэрбаум. Вместе с группой Кристин Йозенханс он теперь показал, что метилтрансфераза JHP 1050 оказывает очень значительное влияние на экспрессию генов в H. пилори.
Генетическая инактивация фермента приводит к дефектам роста и формы клеток и отрицательно влияет на способность бактерий прикрепляться к клеткам-хозяевам. «Наша работа демонстрирует, что практически все биологические свойства, относящиеся к взаимодействиям между H. pylori и его человеческие хозяева – метаболизм бактерий, подвижность и стрессоустойчивость, взаимодействие с клетками-хозяевами – все регулируется глобальным метилированием, и это показывает, что этот процесс наделяет бактерию гибкостью, необходимой для адаптации ее паттерна экспрессии генов к изменению условия окружающей среды ", – говорит Кристин Йозенханс.