Resistensi antibiotik multipel adalah tambahan terhadap kebugaran dan kemampuan beradaptasi bakteri
Mungkinkah jaringan pengatur gen dalam mikroba usus telah mengembangkan mesin molekuler yang rumit dan teregulasi dengan ketat hanya untuk memompa antibiotik tanpa pandang bulu? Para peneliti dari Institute of Science and Technology Austria (ISTA) menunjukkan ini adalah fungsi tambahan. Dengan mempertahankan kadar basal aktivitas genetik ketika jaringan berada dalam keadaan liburnya, gen -gen ini memastikan bakteri tetap cocok dan beradaptasi dengan lingkungannya yang sangat bervariasi di usus. Temuan diterbitkan di PNA.
Ini adalah kisah yang keliru. Dan mesin molekuler yang luar biasa dan rumit pada saat itu, diatur dengan erat seperti arloji Swiss. Atau apakah itu? Jaringan gen ditemukan dan dinamai dalam konteks MUltiple Antibiotik Resistance. Pada saat yang sama, ini adalah salah satu jaringan pengatur gen yang paling kompleks dalam bakteri usus yang diketahui hingga saat ini, menampilkan interaksi gen yang rumit yang menghidupkan atau mematikannya. Selain itu, ini menunjukkan fungsi gen pulsatile “bocor” ketika seharusnya dimatikan. Jadi, bagaimana perekaman teknik berteknologi tinggi seperti itu ada dalam organisme yang biasa, dan mengapa itu “bocor” meskipun diatur dengan erat?
Sebuah tim peneliti di Institute of Science and Technology Austria (ISTA) yang dipimpin oleh mantan postdoc Kirti Jain dan Profesor Calin Guet menunjukkan fungsi kunci yang mengejutkan untuk sistem ketika jaringan gen seharusnya dimatikan. Pulsa -pulsa itu secara kasar tumpang tindih dengan siklus makan host, sehingga membantu mikroba tumbuh dan beradaptasi dengan lingkungan mereka yang terus berubah di usus. “Kami tidak tahu mekanisme lain yang terpilih di negara bagian,” kata Guet, menyoroti aspek mengejutkan temuan.
Aktivitas bocor atau relevansi fungsional?
Sistem ini dipelajari dengan baik di bakteri usus Mereka memamerkan dingintidak diragukan lagi karena perannya dalam berbagai resistensi antibiotik, dari mana ia mendapatkan namanya. Namun, meskipun diatur dengan ketat, masih menunjukkan tingkat ekspresi pulsatil yang terukur dalam keadaan tidak aktif. “Pengamatan ini tampak berlawanan dengan intuisi,” kata Jain, penulis pertama studi ini. “Jika sistem berevolusi di bawah tekanan selektif yang kuat untuk dikontrol dengan ketat, mengapa masih memungkinkan ekspresi basal tingkat rendah? Haruskah tidak memastikan bahwa gen hilir target diaktifkan hanya jika diperlukan? Bisakah ekspresi basal ini memiliki peran adaptif atau memiliki relevansi fungsional?” Paradoks ini memotivasi Jain, Guet, dan kolaborator mereka di ISTA untuk menjawab pertanyaan mendasar tentang evolusi dan fungsi ekspresi gen basal dalam sistem.
Regulasi yang ketat dan sinyal “start” yang jarang
Terutama dalam konteks regulasi gen, ekspresi gen basal sering diabaikan. Ini karena fokus yang lebih tinggi ditetapkan pada keadaan hidup atau di luar jaringan genetik daripada nuansa ekspresi tingkat rendah. “Bekerja pada sistem, saya menjadi menghargai mekanisme pengaturannya yang rumit. Saya sangat tertarik pada kenyataan bahwa fungsi yang paling banyak dipelajari, resistensi antibiotik, hanyalah salah satu aspek dari jarum jam molekuler yang rumit ini,” kata Jain. Dengan demikian, bersama dengan Guet, ilmuwan staf senior Robert Hauschild, Profesor Ga¨per Tkacik, dan kolega lainnya di ISTA, ia mulai memahami fungsi sistem di luar antibiotik.
Salah satu aspek unik dari sistem adalah sinyal awal transkripsi pertama yang dibawanya, kode yang memulai aktivitas genetik. Yang disebut “Kodon Mulai” ini memiliki kode GTG yang tidak biasa (guanine-thymine-guanine), lebih jarang ditemukan dalam DNA bakteri dan organisme lainnya. Namun, kode yang tidak biasa ini dilestarikan di semua mikroba usus bersama E. coli di awal sistem mereka. Mencurigai bahwa kodon awal yang tidak biasa ini berperan dalam aktivitas pulsatile sistem dalam keadaan tidak aktif, tim bermutasinya ke urutan kodon start lainnya. Dengan melakukan itu, mereka menemukan bahwa modifikasi genetik yang tampaknya sepele ini secara signifikan mengubah ekspresi sistem, meningkatkan atau mengurangi itu. Di sisi lain, kodon awal yang jarang pada bakteri tipe liar membuat pulsa ekspresi secara kasar sesuai dengan pola asupan makanan inang. Pulsa aktivitas genetik di negara off ini membantu mikroba usus menyesuaikan pertumbuhan mereka dengan lingkungan mereka yang berubah dengan mengeluarkan mereka yang tidak berdenyut. “Hasil kami mengungkapkan bahwa pilihan kodon awal yang berbeda dapat menjadi tombol genetik yang sangat efektif untuk menyempurnakan dinamika jaringan pengatur gen yang kompleks,” kata Jain.
Fungsi pompa dan tambahan
Setelah menunjuk mekanisme molekuler yang kemungkinan memberi sistem keunggulan kebugaran evolusi, para peneliti berpendapat bahwa ini memungkinkan fungsi tambahan untuk berkembang. Fungsi -fungsi tambahan seperti itu termasuk mengaktifkan 'pompa' molekul rumit dan rumit untuk menyiram antibiotik dari bakteri usus. Laporan sebelumnya menyarankan pompa -pompa ini mungkin berevolusi sebagai mekanisme perlindungan untuk menyiram racun apa pun yang dicerna oleh host. Faktanya, pompa ini tidak terlalu diskriminatif dalam tindakan mereka, karena mereka mengenali struktur molekul yang tersebar luas yang ditemukan di banyak molekul organik. Fungsi seperti itu sangat 'mahal' untuk dipelihara oleh mikroba. Dengan demikian, menjadikannya sebagai fungsi utama sistem akan merusak sumber daya bakteri usus, yaitu, kebugaran dan kelangsungan hidup mereka.
Penelitian ini memberi cahaya baru pada sistem yang mengatur resistensi antibiotik dan dengan demikian dapat membantu para ilmuwan mengembangkan strategi terapi baru untuk langkah -langkah kesehatan masyarakat yang efektif. Selain itu, mendukung saran sebelumnya di mana sistem mungkin lebih banyak tentang 'MUltiple Aadaptasional REsponse 'bukan' resistensi antibiotik ganda. ' “Sebagai takeaway utama dari proyek ini, saya ingin menyoroti pentingnya mengajukan pertanyaan mendasar namun diabaikan dan memeriksa kembali pengamatan mengingat kemajuan teknologi,” kata Jain. “Saya senang bahwa Calin memberi saya kesempatan untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan seperti itu dan mendukung saya dan juga, memiliki Robert dan Ga¨per dengan keahlian lintas-disiplin mereka di papan ulang bagaimana saya mendekati analisis. Kolaborasi semacam itu menyoroti beragam penelitian dan interdisipliner di ISTA.”
Publikasi:
K. Jain, R. Hauschild, Oo Bochkareva, R. Roemhild, G. Tkacik, dan CC Guet. 2025. Ekspresi gen basal pulsatil sebagai penentu kebugaran pada bakteri.PNA. Doi: 10.1073/pnas.2413709122
