Анна Дукат 1,5

Каким был предок всех бактерий и почему теперь у них два типа клеточных оболочек? Для ответа на эти вопросы нужно взглянуть на историю возникновения различных гипотез и реконструировать геном общего предка всех бактерий.

В этом году вирусология отмечает необычный юбилей. Ровно 50 лет назад американский ученый Дэвид Балтимор предложил классификацию вирусов, основанную на молекулярном составе их геномов и этапах экспрессии генов. Балтимор подразделил все известные на тот момент вирусы на шесть классов: вирусы, геномы которых представлены двухцепочечной ДНК; вирусы с геномами из одноцепочечной ДНК; вирусы с геномами из двухцепочечной РНК; вирусы с геномами из одноцепочечной РНК положительной полярности; вирусы с геномами из одноцепочечной РНК отрицательной полярности; вирусы, способные к обратной транскрипции, у которых РНК-геном положительной полярности с помощью специального фермента в клетке переходит в форму двухцепочечной ДНК. Эта система оказалась так проста и изящна, что, несмотря на стремительное развитие вирусологии на рубеже веков и в новом тысячелетии благодаря усовершенствованию методов секвенирования, по-прежнему активно используется учеными. Какие преобразования претерпела система Балтимора за минувшие полвека? Можно ли на основе классификации Балтимора создать «периодическую систему вирусов», позволяющую, подобно периодической системе химических элементов, предсказывать свойства еще не описанных групп вирусов?

Механизм симметричного деления бактериальных клеток и разделения по дочерним клеткам копий генома изучен довольно подробно и даже успел попасть на страницы учебников. Вместе с тем существует ряд бактерий с явной асимметрией клеток. Как же они делятся? Недавно на страницах журнала Current Biology вышла статья, описывающая деление и распределение хромосом по дочерним клеткам у Bdellovibrio bacteriovorus — хищных бактерий, обладающих явной клеточной асимметрией. Более того, результатом деления одной бактерии этого вида являются не две клетки, а больше. Как происходит деление этой во всех смыслах удивительной бактерии? Давайте разбираться.

Работа клетки подобна работе оркестра, только вместо музыки она производит белки и РНК. Для правильного функционирования всей системы каждый ген должен «вступать» в нужный момент, скоординировано с другими генами, и давать столько продукта, сколько потребуется. Это значит, что транскрипция каждого гена должна происходить в определенное время и с определенной интенсивностью. Дирижерами процесса выступают специальные белки — факторы транскрипции. Партитура при этом записана в самой ДНК: партию определяют регуляторные последовательности, с которыми транскрипционный фактор связывается и в результате усиливает или ослабляет транскрипцию соответствующих генов. Замены в таких последовательностях могут приводить к изменению силы связывания и, как следствие, фальши в транскрипции: неверной или не вовремя сыгранной партии конкретного гена. Современные биологи активно пытаются решить вопрос о том, как устроены эти последовательности для каждого транскрипционного фактора и какие мутации в них будут влиять на связывание с белком. Одним из подходов к расшифровке клеточной партитуры является изучение аллель-специфичного связывания: когда варианты регуляторной последовательности, унаследованные от матери и от отца, различаются, можно изучать, с каким из них транскрипционный фактор связывается лучше. Несмотря на прозрачную постановку задачи, на пути к ее решению возникает ряд проблем. Мы придумали, как их преодолеть, и обнаружили сотни тысяч событий аллель-специфичного связывания, попутно показав их вклад в предрасположенность ко многим заболеваниям. Работа недавно опубликована в журнале Nature Communications.