Патогенность листерии зависит от взаимопереплетений РНК – молекул, которые служат матрицами для синтеза белков.

Одна из самых неприятных бактерий, которую мы можем съесть вместе с едой – это листерия. В кишечнике она не задерживается, а вместе с кровью распространяется по телу, накапливаясь в селезёнке и печени. Здесь листерия делает остановку, и, хотя её всё время активно истребляют иммунные клетки, выжившие бактерии активно размножаются и отправляются дальше. Дойдя до нервной системы, листерия вызывает менингит и энцефалит. Несмотря на то, что она чувствительна к широкому спектру антибиотиков, смертность от неё довольно высока: например, в США в год листериозом заболевает 1600 человек, что сравнительно немного, но из них умирает 260. Наиболее всего листерии опасны для беременных, пожилых и людей с ослабленной иммунной системой.

Патогенная бактерия из рода Листерий – Listeria monocytogenes. (Фото: AJC1 / Flickr.com) 

Фермент РНКаза RNase J1 легко разрушит РНК белка-шаперона prsA2, если она будет одна, но не сможет разрушить её, если РНК шаперона соединится с РНК листериолизина (hly). (Иллюстрации: пресс-служба МФТИ)

РНК белка холодового шока листерии при 26 °С свёрнута так, что рибосома может сесть на неё в специальном сайте связывания (RBS – ribosome binding site). При 37 °С РНК меняет форму, и рибосома связаться с ней не может. (Иллюстрации: пресс-служба МФТИ)

Её патогенность (как и патогенность разных других микробов) зависит от её способности проникать в клетку. Для этого у листерии есть белок листериолизин О. Но чтобы заработать, он должен свернуться в определённую пространственную форму, и проблема в том, что сам по себе он сделать это не может. Однако ему может помочь другой белок, относящийся к классу шаперонов. Они есть практически у всех живых организмов, и задача их в том, чтобы взаимодействовать с несвёрнутыми нефункциональными белками и помогать им обрести функциональную форму.

Но у листерии все оказалось ещё сложнее: исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) и Университета Умео вместе с коллегами из США, Франции и Дании выяснили, что оба белка у листерии сотрудничают ещё на уровне РНК. Как известно, генетическая информация сначала копируется ДНК в РНК, а потом на РНК- цепочке синтезируется белок. В бактериях содержится много ферментов РНКаз, расщепляющих РНК, и из-за них РНК белка-шаперона может исчезнуть быстрее, чем на ней синтезируется нужное количество белка. Однако если с РНК белка-шаперона соединится РНК листериолизина, то РНК шаперона уцелеет: комплекс из двух РНК фермент-РНКаза не разрушит.

Если же сделать так, что РНК листериолизина и РНК шаперона не смогут взаимодействовать, бактерия просто не сможет проникнуть в клетки – это было показано в экспериментах с клетками мышей. Без взаимодействия между РНК в клетке становилось мало белка-шаперона (его РНК быстро разрушалась), а без шаперона оставался нефункциональным листериолизин, необходимый для заражения клетки.

Попутно исследователи расшифровали молекулярный механизм, позволяющий бактериям хорошо себя чувствовать при разных температурах – как при 26 °С, так и при 37 °С. Собственно, для листерии «более приятна» температура в 37 °С, а для низкой температуры у неё должен заработать специальный механизм, позволяющий выдержать неприятное охлаждение.

Обычно в таких случаях речь идёт о так называемых белках холодового шока – они управляют генами, позволяющими приспособиться к понижению температуры. В статье в Cell Reports говорится, что РНК, в которую копируется информация о белке холодового шока, по-разному выглядит при высокой и низкой температуре. РНК может принимать разные пространственные формы, и при 37 °С её форма такова, что на неё не может сесть рибосома – молекулярная машина, синтезирующая белки; поэтому белок холодового шока и не синтезируется. Когда температура понижается, РНК меняет форму, и теперь рибосома может с ней работать.

Насколько новые результаты помогут практической медицине, покажут дальнейшие исследования. Однако вполне возможно, что такие механизмы молекулярной регуляции – особенно регуляции патогенности со взаимодействием РНК – есть и у других бактерий, и изучая их, мы в любом случае больше узнаем про жизнь микробов, как безвредных, так и патогенных.

По материалам пресс-службы МФТИ.