Nowe badania, kierowane przez dr Qingyun Liu, adiunkta na Wydziale Genetyki UNC Chapel Hill, odkryły cechę genetyczną znaną jako „plastyczność transkrypcyjna”, która odgrywa kluczową rolę w regulowaniu odpowiedzi transkrypcyjnej prątków na stres warunki.

Komórki bakteryjne muszą szybko modulować ekspresję swoich genów, aby poradzić sobie z nagłymi zmianami w środowisku zewnętrznym. Jednak stopień, w jakim niektóre geny mogą zmieniać swoją ekspresję w odpowiedzi na zmiany środowiskowe, zamiast utrzymywać stabilny poziom ekspresji, od dawna intryguje naukowców. Zrozumienie, w jaki sposób bakterie regulują te odmienne procesy transkrypcyjne oraz leżące u ich podstaw cechy genetyczne, pozostaje wyzwaniem.

Celem wspólnego wysiłku naukowców z UNC Chapel Hill, Harvard TH Chan School of Public Health i Fudan University było odkrycie złożonych czynników regulujących odpowiedź transkrypcyjną u Mycobacterium tuberculosis (Mtb), patogenu bakteryjnego odpowiedzialnego za gruźlicę, który pozostaje główną przyczyną zgonów ludzi z powodu pojedynczego czynnika zakaźnego, z ponad 10,6 milionami nowych przypadków i 1,6 milionami zgonów każdego roku. Ich badanie zatytułowane „Genetycznie zakodowana plastyczność transkrypcyjna leży u podstaw adaptacji stresu u Mycobacterium tuberculosis” zostało właśnie opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.

Naukowcy przeanalizowali obszerny zbiór danych obejmujący 894 próbki RNA-Seq pochodzące z 73 różnych schorzeń, które wygenerowano w poprzednich badaniach i dobrano przez badaczy do celów metaanalizy.

Naukowcy zbadali plastyczność transkrypcyjną (TP) każdego genu Mtb, służąc jako wskaźnik zastępczy zmienności ekspresji genów w odpowiedzi na zmiany środowiskowe. Ich analiza ujawniła znaczną zmienność TP pomiędzy genami Mtb, korelującą z funkcją genu i jego istotą. Co więcej, odkryli, że krytyczne cechy genetyczne, takie jak długość genu, zawartość GC i wielkość operonu, niezależnie nakładają ograniczenia na TP, wykraczające poza transregulację.

Na przykład geny o krótszej długości generalnie wykazywały wyższy TP w porównaniu z genami o większej długości. Dodatkowo geny o najniższych profilach TP skoncentrowano w grupie, w której zawartość GC była ściśle dopasowana do średniego poziomu dla całego genomu (65%).

Doktor Qingyun Liu skomentowała te odkrycia, stwierdzając: „Te cechy, wcześniej niepowiązane z regulacją transkrypcji u prątków, są obecnie uznawane za czynniki, które Mtb wyewoluowała, aby kształtować TP swoich genów”.

Warto zauważyć, że wykorzystując cechy genetyczne zidentyfikowane jako przyczyniające się do TP, badacze byli w stanie częściowo przewidzieć poziomy TP w genach Mtb za pomocą modelu uczenia maszynowego. Jednakże dr Qingyun Liu zwróciła uwagę, że chociaż model ten jest obiecujący, nie jest jeszcze doskonały w przewidywaniu poziomów TP. Sugeruje to, że nadal mogą istnieć niezidentyfikowane czynniki wpływające na TP, które wymagają dalszych badań.

Rozszerzając swoją analizę na dwa inne gatunki Mycobacterium, mianowicie M. smegmatis i M. abscessus, badacze wykazali uderzającą ochronę krajobrazu TP wśród różnych gatunków prątków, co sugeruje ewolucyjne znaczenie TP jako zachowanej strategii adaptacyjnej wśród prątków.

Naukowcy podkreślają, że TP może obecnie służyć jako przydatne uzupełnienie niezbędności genów i podatności na zrozumienie bakteryjnych procesów fizjologicznych. Informacje te mogą pomóc w ustaleniu priorytetu kandydatów na geny, które można wykorzystać do celów farmaceutycznych lub sekcji mechanicznej. Co więcej, badacze wykazali, że TP może pełnić funkcję punktu odniesienia dla przyszłych badań nad transkrypcją, pomagając w identyfikacji genów ulegających zróżnicowanej ekspresji. Podkreśla to szersze implikacje TP dla pogłębiania naszej wiedzy na temat regulacji genów bakterii i mechanizmów adaptacyjnych.