Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


А. Огнёв
Откуда жизнь? Еще теплее!


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир


У. Айзексон
«Инноваторы». Глава из книги


Н. Резник
Жираф большой, ему видней, и сам он хорошо заметен


М. Софер
Куда уходит лето?


С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Гонококки обманывают иммунную систему, внося контролируемые изменения в свой геном


Гонококки на поверхности лимфоцита (фото с сайта neisseria.org)
Гонококки на поверхности лимфоцита (фото с сайта neisseria.org)

Гонококк Neisseria gonorrhoeae способен вносить изменения в ген своего поверхностного белка пилина, что затрудняет выработку иммунитета у зараженных людей. Согласно выдвинутой ранее гипотезе, участки пилинового гена замещаются фрагментами «псевдогенов» — многочисленных неработающих копий гена, немного различающихся своими нуклеотидными последовательностями. Гипотетический механизм этого процесса предполагает наличие в клетке гонококка как минимум двух копий генома (как у большинства животных и растений), хотя обычно у бактерий геном представлен в единственном экземпляре. Американским микробиологам удалось показать, что гонококк действительно имеет две копии генома в каждой клетке.

По данным Всемирной организации здравоохранения, 78 миллионов человек в мире ежегодно заражаются гонореей. Гонококк (Neisseria gonorrhoeae) — облигатный паразит человека: он может жить только в человеческом организме, и в ходе эволюции микроб очень хорошо адаптировался к своей «среде обитания». Он не хуже других бактерий умеет приспосабливаться к антибиотикам (см. также Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне, «Элементы», 12.04.2006). Однако главным врагом микроба испокон веков являются не лекарства, а наша иммунная система, и гонококк выработал мощные средства борьбы с ней, причем как оборонительные, так и наступательные.

Известно, что гонококк может подавлять размножение и активность лимфоцитов, прикрепляясь к определенным белкам на их поверхности (Boulton, Gray-Owen, Nature Immunology, 2002). Но самое зловредное свойство микроба, из-за которого люди практически не могут выработать против него устойчивый иммунитет, состоит в его способности быстро менять структуру своих поверхностных белков — тех самых, по которым клетки иммунной системы распознают паразита. Пока иммунная система учится распознавать и обезвреживать какой-то штамм гонококка, он меняется, и размножившиеся лимфоциты (с рецепторами, «настроенными» на поверхностные белки бактерии) оказываются не у дел.

Главный поверхностный белок гонококка пилин меняется не за счет обычных «случайных мутаций» — ошибок при копировании генома, а за счет контролируемого процесса генной конверсии, то есть вполне целенаправленной замены одних участков гена другими. Собственно говоря, это тот же самый механизм, благодаря которому наши лимфоциты вырабатывают миллионы разнообразных антител (иммуноглобулинов) и рецепторов, способных распознать практически любую заразу.

Можно сказать, что гонококк борется с иммунной системой ее же оружием. Однако детали механизма генной конверсии сильно различаются в иммунной системе и у гонококка. О том, как это происходит в иммунной системе, можно прочесть здесь. Что же до гонококка, то в его геноме, помимо активного пилинового гена, существует множество неполных молчащих копий (иногда их не совсем корректно называют «псевдогенами»), некоторые участки которых полностью идентичны «образцу», тогда как другие сильно варьируют. Время от времени какой-либо участок активного гена может быть заменен соответствующим фрагментом одной из копий. В результате структура пилина меняется, и рецепторы иммунной системы перестают его узнавать.

Молекулярный механизм замены одних участков генома другими у гонококка пока неизвестен (это довольно трудно выяснить экспериментальным путем), однако предложено несколько гипотетических моделей (Kline et al., Molecular Microbiology, 2003). Все эти модели предполагают, что в каждой клетке гонококка должно присутствовать как минимум два экземпляра генома (упрощенно говоря, участки «псевдогенов» одного экземпляра вставляются в активный пилиновый ген другого экземпляра). Это противоречит устоявшимся представлениям, согласно которым бактерии являются гаплоидными организмами (то есть имеют один экземпляр генома в каждой клетке, если не считать периода, предшествующего клеточному делению). В отличие от бактерий, большинство растений и животных — диплоидные организмы (два экземпляра генома, или двойной набор хромосом в каждой клетке).

Правда, изредка в печати появлялись сообщения об обнаружении у некоторых бактерий двух или более хромосомных наборов в неделящихся клетках, но в целом проблема ди- и полиплоидии у бактерий остается малоизученной.

Дебора Тобиасон и Стивен Сейферт из Северо-Западного университета (Чикаго, США) не только доказали, что гонококк действительно является диплоидным организмом, но и выяснили, каким образом происходит репликация (удвоение) хромосом гонококка перед клеточным делением (см. рисунок).

Репликация ДНК у гонококка. Цифрами обозначено время в минутах. В исходной клетке (слева вверху) — две гомологичные кольцевые хромосомы, содержащие один и тот же набор генов. В процессе подготовки к делению обе хромосомы начинают реплицироваться (удваиваться) одновременно. В результате получается клетка с четырьмя хромосомами. Она делится пополам, причем каждая дочерняя клетка получает по две копии одной из двух исходных хромосом. Рис. из статьи в PLoS Biology
Репликация ДНК у гонококка. Цифрами обозначено время в минутах. В исходной клетке (слева вверху) — две гомологичные кольцевые хромосомы, содержащие один и тот же набор генов. В процессе подготовки к делению обе хромосомы начинают реплицироваться (удваиваться) одновременно. В результате получается клетка с четырьмя хромосомами. Она делится пополам, причем каждая дочерняя клетка получает по две копии одной из двух исходных хромосом. Рис. из статьи в PLoS Biology

Диплоидность гонококка подтверждает высказанные ранее предположения о механизмах генной конверсии у этого микроба. Авторы проводят интересную параллель с другим микробом, у которого ранее было отмечено присутствие более одного экземпляра генома, а именно с Deinococcus radiodurans, который знаменит тем, что способен выдерживать чудовищные дозы радиации, абсолютно смертельные для любого другого живого существа. Дейнококк является тетраплоидом — в его клетках присутствует сразу четыре копии генома. «Запасные» копии нужны этому обитателю ядерных реакторов для оперативной репарации («починки») ДНК. Когда под воздействием радиации в одной из хромосом возникают мутации, запасные хромосомы, по-видимому, используются как матрицы, с которых можно скопировать «правильные» последовательности нуклеотидов в испорченную хромосому. В обоих случаях, таким образом, множественность генома (полиплоидия) развилась в связи с необходимостью внесения каких-то осмысленных изменений в ДНК.

Может быть, развитие ди- и полиплоидии у высших организмов было связано (хотя бы отчасти) с аналогичными потребностями? Но здесь мы уже вступаем в область беспочвенных спекуляций, от которых авторы цитируемой статьи благоразумно воздержались.

Источник: Deborah M. Tobiason, H. Steven Seifert. The Obligate Human Pathogen, Neisseria gonorrhoeae, Is Polyploid // PLoS Biology. 2006. V. 4. Issue 6.

Александр Марков


Комментарии (5)



Последние новости: ГенетикаМедицинаАлександр Марков

20.09
Третий — не лишний: в большинстве лишайников присутствуют два гриба и водоросль
19.09
Муравьи помогают тлям сохранять разнообразие окраски
15.09
Разработан метод пространственной визуализации транскрипции генов
12.09
У древних четвероногих было долгое детство
6.09
Собачий мозг обрабатывает речевую информацию почти так же, как человеческий
1.09
Т-клетки здоровых людей научили распознавать чужой рак
2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
29.07
Систему противовирусной защиты можно применить для эффективной иммунотерапии рака
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия