Brytyjscy badacze znaleźli białka wydzielane pozakomórkowo przez bakterię wąglika (Bacillus anthracis), które umożliwiają mu przeżycie wyłącznie w zwierzęcym gospodarzu, ale nie w glebie, mimo, że pod wieloma względami przypomina bakterie żyjące w glebie.
Wąglik posiada zdolność do trwania w stanie spoczynku w glebie nawet kilkaset lat, aby nagle wywołać szybką i często fatalną infekcję, jeśli zostanie spożyty przez odpowiedniego gospodarza. Tę zdolność wykorzystali bioterroryści do osiągnięcia zabójczego efektu.
Naukowcy z North East Regional e-Science w Newcastle dokonali tych odkryć dzięki rozwinięciu metody przewidywania i charakteryzowania białek wydzielanych pozakomórkowo wyłącznie na podstawie sekwencji genomu.
Wydzielane białka umożliwiają bakterii przeżycie w środowisku, a więc również zdradzają wiele o stylu życia mikroba. Przykładowo, bakterie żyjące w glebie wydzielają białka umożliwiające pobranie z niej substancji odżywczych. Bakterie chorobotwórcze mogą wydzielać białka, które osłabiają system odpornościowy gospodarza, umożliwiając wniknięcie do komórek bądź przeżycie w krwiobiegu. Wiedza o wydzielanych przez patogeny białkach oraz znajomość ich funkcji może pomóc w znalezieniu odpowiednich leków.
Znając sekwencje genów, naukowcy mogą za pomocą odpowiednich narzędzi bioinformatycznych zacząć przewidywać białka w komórce patogena. Problem pojawia się jednak, gdy chcą się oni skupić wyłącznie na białkach wydzielanych z komórki: istniejąca metoda jest bardzo czasochłonna, biorąc pod uwagę, że bakteria może wydzielać ponad 4000 białek. Badacze z Newcastle rozwinęli automatyczną metodę, która pozwala przeanalizować i porównać białka wielu mikroorganizmów.
Projekt opiera się na technologii “taverna workflow” i pozwala przeprowadzić serię analiz wszystkich białek produkowanych przez bakterię, a następnie, poprzez selekcję i eliminację tworzy listę wydzielanych białek i ich właściwości. Wyniki są przechowywane w bazie danych.
Naukowcy zdecydowali się przetestować tę metodę na 12 członkach rodziny Bacillus, którzy przedstawiają pełen wachlarz zachowań: od przyjaznego B. subtilis żyjącego w glebie i poprawiającego wzrost roślin oraz wykorzystywanego do syntezy enzymów i witamin, do zabójczego B. anthracis – przyczyny wąglika. Po wprowadzeniu pełnego zestawu białek wytwarzanych przez rodzinę Bacillus program przewidział po 350-500 białek dla każdego jej przedstawiciela.
Białka te zostały następnie wprowadzone do kolejnego programu, który podzielił je na grupy ze względu na podobne funkcje. Szczególnie zainteresowano się białkami wytwarzanymi tylko przez patogeny i tylko przez bakterie niechorobotwórcze; białka bakterii niechorobotwórczych posiadają funkcje umożliwiające im przeżycie w ich środowisku, natomiast rola prawie wszystkich białek wyjątkowych dla bakterii patogennych jest nieznana.
Scharakteryzowanie białek B. anthracis pozwala wyjaśnić niezdolność tej bakterii do życia w glebie: nie są one przystosowane do wykorzystania cząsteczek obecnych w ziemi, ale umożliwiają wzrost w zwierzęcym gospodarzu. Niektóre niszczą jego białka, na przykład włókna mięśni, inne są toksynami, które ostatecznie zabijają gospodarza, inne należą do grupy białek o nieznanej funkcji, charakterystycznych dla bakterii patogennych. Naukowcy przypuszczają, że pozwalają one uniknąć odpowiedzi immunologicznej.
Naukowcy przygotowują stronę internetową, gdzie inni, o ile mają kompletną sekwencję genomu bakterii, będą mogli zidentyfikować wydzielane pozakomórkowo białka. Pozwoli to odkryć nowe właściwości bakterii, między innymi stwierdzić, czy mogą być one patogenne, czy nie.
Marta Warsińska
źródło: Science Daily
