Skip to main content

The generality, mechanism, and function of bet-hedging in bacteria

Article Category

Article available in the folowing languages:

Mechanizmy adaptacji i ewolucji bakterii

Strategia „bet-hedging” to rodzaj odpowiedzi na zmiany zachodzące w środowisku, który umożliwia organizmom przetrwanie w zmiennych warunkach środowiskowych. Badania nad wspomnianą strategią stanowią klucz do zrozumienia ewolucji bakterii w nieustannie zmieniającym się otoczeniu.

Badania podstawowe
Zdrowie

Bakteryjne obwody genetyczne cechuje zmienność w obrębie poziomu białek regulacyjnych. Pozwala ona subpopulacji komórek na wejście w przejściowy stan oporności na antybiotyki, który zwiększa ich szanse na przetrwanie. Mechanizm ten – nazywany „bet-hedging” – gwarantuje, że nie wszystkie komórki prezentują w danym momencie identyczny stan transkrypcyjny. Dzięki temu kolonia bakterii może przetrwać w obliczu nadejścia ewentualnych przyszłych zmian środowiskowych. Badania dotyczące strategii „bet-hedging” mają istotne znaczenie dla zdrowia publicznego. Powodzenie procesu rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych może zależeć od aktywacji alternatywnych programów genetycznych bakterii, takich jak kompetencja, ogólna reakcja na stres i oporność na antybiotyki. W ramach finansowanego z funduszy unijnych projektu BET-HEDGING BACTERIA zbadano mechanizmy kształtowania przez komórki bakteryjne alternatywnych stanów transkrypcyjnych. Naukowcy zaobserwowali stochastyczne impulsy w siedmiu alternatywnych czynnikach inicjujących transkrypcję u bakterii (czynnikach sigma) w obliczu stresu energetycznego. Wstępne wyniki badań prowadzonych z uwzględnieniem poszczególnych czynników wskazały na szeroki zakres dynamiki impulsów czynników sigma w odpowiedzi na stres. W przypadku czynnika sigV stwierdzono jego bimodalną aktywację w wyniku wystawienia na działanie lizozymu. Prosty model matematyczny procesu aktywacji czynnika sigV wykazał, że za bimodalną aktywność sigV w obliczu stresu lizozymicznego mogą odpowiadać różnice w zakresie jego regulacji widoczne w porównaniu z czynnikiem sigB o impulsach modulowanych częstotliwościowo. Czynnik anty-sigma V ulega wskutek reakcji na stres degradacji, natomiast w przypadku czynnika anty-sigma dla sigB w identycznych warunkach dochodzi do sekwestracji. Modele matematyczne dowiodły, że wspomniane różnice w zakresie procesów regulacyjnych mogą prowadzić do bimodalnej aktywności sigV. Wykraczając poza pierwotne cele projektu, naukowcy zweryfikowali istnienie heterogenicznej aktywacji czynników sigma w biofilmach bakterii z rodzaju Bacillus. Bacillus subtilis – laseczka sienna – w środowisku naturalnym występuje właśnie w postaci błony biologicznej. Zespół badawczy sprawdził, czy wzorce niejednorodnej ekspresji występują również w biofilmach. Odkryto, że ekspresja czynnika sigB ma w biofilmie charakter heterogeniczny, natomiast rozkład aktywności sigB w obrębie pojedynczych komórek przypomina ten odnotowany w hodowli na podłożu płynnym i na żelu agarozowym. Co ciekawe, najwyższy poziom ekspresji czynnika sigB zaobserwowano na zewnętrznej warstwie biofilmu. Sukces projektu przyczynił się do znacznego pogłębienia naszej wiedzy na temat sposobu, w jaki heterogeniczne stany transkrypcyjne pozwalają bakteriom przetrwać w nieprzyjaznym środowisku. Można mieć nadzieję, że rezultaty badań przełożą się na długofalowe korzyści w dziedzinie zdrowia publicznego.

Słowa kluczowe

Bet-hedging, bakteryjne obwody genetyczne, oporność na antybiotyki, BET-HEDGING BACTERIA, czynniki sigma

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania