БИОХИМИЯ, 2013, том 78, вып. 9, с. 1229–1238
УДК 577.017
Бактерии и феноптоз
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бактерии, феноптоз, программируемая клеточная смерть, клеточная популяция, QS, аутоиндукторы, внеклеточный фактор смерти, сравнительная геномика, протеомика.
Аннотация
Генетически запрограммированная смерть организма, или феноптоз, обнаруживается не только у животных и растений, но и у бактерий. Принимая во внимание выявленные у бактерий внутрипопуляционные связи, нетрудно представить значение феноптоза в регуляции многоклеточного бактериального сообщества в реальных условиях его существования. Так, автолиз части популяции ограничивает распространение вирусной инфекции. Уничтожение клеток с поврежденной ДНК способствует поддержанию низкого уровня мутаций. Феноптоз может способствовать обмену генетической информацией в популяции бактерий при высвобождении ДНК в результате лизиса клеток. С целью передачи сигналов в популяции бактерии используют особый «язык», он служит для скоординированной регуляции экспрессии генов. Этот особый тип регуляции экспрессии генов бактерий, функционирующий обычно при высоких плотностях их популяций, был назван «чувством кворума» или «quorum sensing» (QS). В качестве сигнальных могут быть использованы различные молекулы. Обнаружено, что феноптоз, осуществляющийся в системах токсин–антитоксин (ТА-системы), зависит от плотности популяции, и для него необходим QS-фактор, который был назван внеклеточным фактором смерти. Изучение механизмов феноптоза у бактерий имеет важное практическое значение. Компоненты, входящие в состав систем, обеспечивающих программируемую клеточную смерть (ПКС), и, в том числе, QS-фактор, могут быть кандидатами для разработки лекарств, которые будут активировать механизмы феноптоза и способствовать уничтожению патогенных бактерий. Сравнительный геномный анализ позволил установить, что гены, кодирующие несколько ключевых ферментов, участвующих в апоптозе эукариот, таких как паракаспазы и метакаспазы, апоптозные АТФазы, белки, содержащие богатый лейцином NACHT-повтор, и протеазы, подобные митохондриальной протеазе HtrA, имеют гомологов в бактериях. Методы протеомики позволили впервые идентифицировать белки, образующиеся во время феноптоза и участвующие в упорядоченной ликвидации клеток Streptomyces coelicolor и Escherichia coli. Среди этих белков обнаружены ферменты, вовлеченные в деградацию клеточных макромолекул, регуляторные белки и белки, индуцируемые в условиях стресса. Будущие исследования с привлечением методов биохимии, генетики, геномики, протеомики, транскриптомики и метаболомики могут помочь глубже понять особенности ПКС бактерий и использовать эти знания для управления бактериальными популяциями.