Биологи "рассмотрели", как у бактерий начинается дешифровка генов

18 октября 2012 года

Американские ученые определили пространственную структуру молекулярного комплекса, начинающего процесс "чтения" генов в клетках бактерий, что может в будущем помочь созданию новых антибиотиков, например, против туберкулеза, результаты этой работы опубликованы в журнале Science.

Транскрипция - это процесс перевода генетической информации от ДНК к молекулам РНК, которые становятся инструкцией для синтеза того или иного белка. Выполняет транскрипцию фермент РНК-полимераза. Первый и самый важный этап транскрипции - ее начало, когда на ДНК в начале гена из нескольких молекул собирается так называемый инициационный комплекс, в состав которого входит и полимераза.

Определение с высокой точностью 3D-структуры этого комплекса, необходимой для понимания, как дешифруется генетическая информация у бактерий, было в течение трех десятилетий целью исследователей в разных лабораториях мира. Зная эту структуру, можно в принципе создавать антибиотики нового типа, "выключающие" процесс транскрипции у микробов.

Молекулярные биологи из Университета Ратгерса под руководством Ричарда Ибрайта (Richard Ebright) и Эдди Арнольда (Eddy Arnold) с помощью источников синхротронного излучения впервые "рассмотрели" с разрешением 3 ангстрема (1 ангстрем равен 0,1 нанометра) инициационный комплекс бактерии Thermus thermophilus, выяснив детали того, каким образом он "узнает" нужный участок ДНК и связывается с ним.

В последнее время появляется все больше статей, в которых описывается атомные структуры комплексов РНК-полимеразы с различными молекулами ДНК и белками-регуляторами, отметил в беседе с молекулярный биолог, профессор Константин Северинов.

"Одним из лидеров в этом направлении является наш бывший соотечественник Дмитрий Васильев, который сейчас работает в Университете Алабамы. Работа Ричарда Ибрайта и Эдди Арнольда продолжает это направление и описывает молекулярную структуру РНК-полимеразы бактерий, связанной с фрагментом промотора (начала гена -ред.). Интересно, что структура комплекса очень похожа на модель, ранее предложенную другими нашими бывшими соотечественниками, Алексом Гольдфарбом и Аркадием Мустаевым. Но, конечно, уровень (пространственного) разрешения (молекулярной структуры, изученной группами Ибрайта и Арнольда) гораздо выше", - отметил Северинов.

Кроме чисто фундаментального значения, результаты работы ученых Университета Ратгерса, не исключено, когда-нибудь могут быть использованы в практике, полагает Северинов.

"Дело в том, что РНК-полимераза бактерий является перспективной мишенью для разработки новых антибиотиков. Широко известен антибиотик рифампицин, который ингибирует этот фермент и используется для лечения туберкулеза. К сожалению, штаммы туберкулезных возбудителей, устойчивые к рифампицину, встречаются все чаще и чаще. Полученная группами Ибрайта и Арнольда структура в принципе может быть использована для разработки (лекарственных) молекул-кандидатов, предотвращающих взаимодействие РНК-полимеразы с промоторами, и, следовательно, подавляющих рост бактерий", - пояснил ученый.

"Впрочем, доработка таких молекул до состояния, когда они могут быть действительно используемы в практической медицине - дело нескорого будущего", - добавил Северинов.