Ученые Санкт‑Петербургского политехнического университета Петра Великого впервые в мире показали процесс формирования петель из молекул ДНК под воздействием комплекса SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) бактерии Ureaplasma parvum. Подобные комплексы жизненно важны для бактерии: упаковывают ДНК, участвуют в «её починке», а также помогают клетке бороться с чужеродными молекулами ДНК, в том числе вирусными. Понимание фундаментальных основ механизма работы комплексов SMC может сформировать новые подходы для антибактериальной терапии в будущем. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ 24-74-10022, опубликованы в международном научном журнале Archives of Biochemistry and Biophysics.
В каждой живой клетке, будь то бактерия или клетка человека, существует как минимум один комплекс SMC (Structural Maintenance of Chromosomes). На молекулярном уровне такие комплексы являются чем-то вроде «ткачей»: постоянно «вяжут» из очень длинных молекул ДНК множество петель, поддерживая геном клетки в компактном и упорядоченном виде. Без этой экструзии петель клетка может «запутаться» в собственном генетическом материале. Некоторые из SMC-подобных комплексов участвуют в репарации ДНК, а другие помогают клетке бороться с чужеродными молекулами ДНК, например, вирусными. В современной науке есть множество пробелов в понимании механизмов работы комплексов SMC. Например, для большинства бактериальных комплексов SMC до сих пор не удавалось продемонстрировать способность «вязать» петли.
Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого получили экспериментальные данные о том, что комплекс SMC выполняет экструзию петель в «минимальной» бактерии U. parvum. Она устроена значительно проще, чем «полноценные» бактерии, такие как Bacillus subtilis и Escherichia coli. Исследователи использовали широкий спектр методов, начиная от стандартных техник генетической инженерии и молекулярной биологии и заканчивая уникальными одномолекулярными методами, которые позволяют под объективом микроскопа увидеть отдельные молекулы ДНК и увидеть, как комплексы SMC «вяжут» из них петли.
«Наше исследование обладает в первую очередь фундаментальным значением: результаты уточняют представления об устройстве комплексов SMC бактерий. В этой области знаний еще много пробелов, поэтому наши результаты и наработки могут быть использованы в будущих исследованиях для характеристики других комплексов SMC. Говоря о практической значимости работы, можно предположить, что комплексы SMC, являясь жизненно важными для живой клетки, могут в будущем стать одной из новых мишеней для лекарств, в том числе антибактериальных препаратов», - отметил кандидат биологических наук, инженер-исследователь Научно-исследовательского комплекса «Нанобиотехнологии», доцент Высшей школы биомедицинских систем и технологий СПбПУ Алексей Ведяйкин.
В ходе исследования поведение комплекса SMC U. parvum сравнили с поведением аналогичного комплекса «полноценной» бактерии B. subtilis. Выяснилось, что в тех же условиях эксперимента комплекс SMC B. subtilis не способен «вязать петли» ДНК. Данное отличие может говорить либо о том, что последний комплекс совсем не имеет навыков «ткача», либо о том, что данный комплекс более сложно устроен и требует участия других «акторов» для полной функциональности. Авторы исследования в будущем планируют выяснить реальную причину этого отличия.
Работа выполнена в НИК «Нанобиотехнологии» с использованием оборудования ЦКП «Аналитический центр нано- и биотехнологий «СПбПУ». Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Источник: Минобрнауки России
