Академик В. П. Скулачев
«Химия и жизнь» № 11, 2002
- Самоубийство бактерий
- Самурайский закон биологии
- Загадка дифтерийного токсина
- Септический шок
- Старение организма — особый случай феноптоза?
- Еще раз о теломерах
- Инфаркт, инсульт, рак: болезнь или закономерность?
- Заключение
Самоубийство бактерий
Применительно к одноклеточным феноптоз удалось бы доказать, если б у них были найдены белки запрограммированной смерти клетки (подобно тем, которые посылают в апоптоз клетки многоклеточных организмов).
Например, у животных есть белок р53 (р — от английского protein, а 53 — масса молекулы этого белка в килодальтонах). Этот белок называют «стражем генома». Он обнаруживает разрывы в длинных тяжах ДНК и сначала включает синтез белков репарации (починки) ДНК, а затем, если разрывы не ликвидированы, блокирует деление клетки. Это дает ей шанс исправить геном до того, как дефект будет передан дочерним клеткам. Если же клетке не удается справиться с серьезными нарушениями, р53 запускает апоптоз.
К настоящему времени прочитан геном десятков бактерий, но ни в одном не обнаружено гена, кодирующего белок, который хотя бы отдаленно напоминал р53. И тем не менее у бактерий есть свой страж генома — белок RecA. Он также отслеживает появление нарушений в ДНК, а заметив их, атакует другой белок LexA и расщепляет его. LexA подавляет активность генов ферментов репарации и белка SulA. Этот белок, в свою очередь, образует комплекс с белком FtsZ, необходимым для деления бактерии. Таким образом, расщепление LexA стимулирует синтез белков-ремонтеров и блокирует размножение дефектной клетки, пока она не исправит свою ДНК. Если же не исправит, активируются ферменты автолизины, расщепляющие вещества клеточной стенки, — бактерия лопается (рис. 1).
Чтобы убедиться, что это именно феноптоз, нужно исключить одну тривиальную возможность. Коль скоро ДНК бактерии повреждена, не могло ли это повреждение стать настоящей причиной гибели? Такое объяснение исключили опыты с мутантом, у которого был нарушен ген белка SulA. Мутантные и контрольные бактерии обработали антибиотиком, вызывающим окисление ДНК. Погибли и те и другие, но, чтобы убить мутантов с поврежденным геном апоптоза, понадобилось в сотни раз больше антибиотика, чем для контрольных.
Эти опыты показывают, что в норме бактерия, обнаружившая ошибку в своей ДНК, кончает с собой задолго до того, как повреждения генома приведут к прекращению жизнедеятельности. Иными словами, бактерия гибнет не потому, что ее испорченная ДНК уже не способна функционировать, а потому, что не устраненное вовремя повреждение ДНК служит сигналом к самоубийству.
Повреждение ДНК — не единственная причина бактериального феноптоза. Например, когда пенициллин останавливает рост пневмококка, это тоже ведет к активации автолизина и гибели бактерии. Однако был получен мутант пневмококка, у которого пенициллин, как и в норме, тормозил синтез веществ клеточной стенки и, следовательно, размножение, но уже не убивал бактерию. В 2000 году Э. Туоманен с сотрудниками установил, что эта мутация произошла в гене белка, активирующего синтез 27-членного пептида Pep27. В норме он обусловливает явление, названное микробиологами «чувством кворума»: в культуре размножающихся бактерий наступает массовый лизис клеток, если концентрация клеток в среде достигает некоей критической величины. Оказалось, что пневмококки постоянно выделяют в среду определенное количество этого пептида. До поры до времени это никак не сказывается на судьбе бактерий, но, когда клеток становится достаточно много, чтобы концентрация Pep27 достигла пороговой величины, активируется автолизин и наступает феноптоз.
Выяснилось, что продукция Pep27 резко возрастает у клеток, в которых нарушена работа какой-либо системы, имеющей ключевое значение для жизни бактерии — например, после воздействия на культуру пенициллина или другого антибиотика, токсичного для пневмококка.
