Неблагоприятные условия ослабляют у дрожжей защиту от мутаций
29 января 2012 года
Неблагоприятные условия окружающей среды вынуждают "геномного стража" внутри клеток дрожжей менее трепетно относиться к чистоте своего генома, в результате чего клетки могут легко расстаться с частью генов, целой хромосомой или же добавить несколько дополнительных копий генетического материала, заявляют американские биологи в статье, опубликованной в журнале Nature.
Группа ученых под руководством Жуна Ли (Rong Li) из Института медицинских исследований имени Стоуэрса в городе Канзас-сити (США) наблюдала за реакцией одноклеточных дрожжей Saccharomyces cerevisae на неблагоприятные условия среды.
"Клетки используют сложные контрольные механизмы для поддержания стабильности генома и предотвращения появления "лишних" или исчезновения нужных хромосом. Мы обнаружили, что в клетках дрожжей система подсчета числа хромосом работает не так строго при стрессовых условиях, что стимулирует появление новых линий дрожжей с разным набором хромосом", - пояснил Ли.
Наличие лишних хромосом или их неполный набор в ядре клетки называется анеуплоидией. Как правило, такого рода изменения происходят в раковых клетках или ведут к другим серьезным последствиям для организма. Анеуплоидия является причиной синдрома Дауна и многих других генетических расстройств, большая часть которых приводит к смерти человека в раннем возрасте. С другой стороны, анеуплоидия является вполне нормальным явлением для дрожжей и иных видов грибов, выступая одной из форм приспособления под новые условия окружающей среды.
Ли и его коллеги попытались воспроизвести этот процесс. Они вырастили несколько колоний дрожжей и подвергали их действию одного из неблагоприятных факторов - антибиотиков, высокой температуры или солености. Через 12-14 часов ученые пометили мутировавшие микроорганизмы и сравнили эффективность мутагенов.
Как отмечают ученые, антибиотик радицикол оказался наиболее эффективным стимулятором искусственной эволюции - он в сотни раз увеличил долю анеуплоидных клеток в колонии дрожжей по сравнению с грибком, обитавшим в нормальных условиях. Такой эффект наблюдался даже при микроскопических концентрациях вещества, которые лишь минимально влияли на жизнедеятельность дрожжей.
Радицикол присоединяется к молекулам распространенного клеточного белка Hsp90, в результате чего нормальная работа последнего нарушается. Hsp90 задействован в процессах сворачивания белков в трехмерную структуру, передаче сигналов внутри клетки, а также участвует в процессе подавления опухолей.
Ученые предположили, что подавление Hsp90 было причиной всплеска мутаций в колонии дрожжей. Они проверили это предположение при помощи другого антибиотика - макбецина. Структуры радицикола и макбецина сильно отличаются друг от друга, но при этом они действуют на белок примерно одинаково.
Новый антибиотик вызвал аналогичное число мутаций в колонии дрожжей, что подтвердило гипотезу Ли и его коллег. Дальнейшие эксперименты - удаление копий Hsp90 и его "помощников" - ожидаемо усиливали частоту изменений в геноме грибка.
Как отмечают исследователи, ускоренная эволюция позволила дрожжам выработать устойчивость к радициколу и другим антибиотикам. Анализ генома таких микроорганизмов показал, что у новой разновидности грибка появилась одна или две дополнительных хромосомы по сравнению со "стандартным" геномом.
Таким образом, ген Hsp90 выступает в качестве "стража" чистоты генома дрожжей. По словам биологов, этот фрагмент ДНК сохранил аналогичные функции в клетках млекопитающих. Вполне возможно, что он является "двигателем эволюции" и теплокровных животных.