Informacja prasowa

wtorek, 21 lutego 2023 r

Nowo odkryty gen pomaga niektórym drożdżom znosić toksyny i może pomóc naukowcom zrozumieć oporność na toksyny.

Naukowcy z National Institutes of Health zidentyfikowali gen, który czyni drożdże odpornymi na śmiercionośną toksynę, zgodnie z nowym badaniem opublikowanym w czasopiśmie Obrady Narodowej Akademii Nauk. Aby zbadać ewolucję oporności na toksyny, naukowcy z Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Człowieka (NHGRI), będącego częścią NIH, wykorzystali drożdże – rodzaj powszechnie używany do domowych wypieków – jako organizm modelowy. Podczas gdy naukowcy od dawna wiedzieli o niezwykłej zdolności drożdży do unikania skutków śmiercionośnych toksyn, przyczyna była do tej pory tajemnicą.

„Zawiłości genomiki, które pośredniczą w tych bitwach wewnątrzgatunkowych, zostały pięknie ujawnione w badaniu takim jak to”, powiedział dr Charles Rotimi, dyrektor naukowy programu badań stacjonarnych w NHGRI. „Chociaż jest to historia drożdży, mechanizmy z pewnością wpłyną na badania nad toksynami i ich wpływem na ludzi”.

W całej historii ludzkości ludzie zwalczali różne toksyny wytwarzane przez inne organizmy, takie jak pająki, rośliny, węże, a nawet bakterie cholery czy wąglika. Zrozumienie oporności drożdży na toksyny może prowadzić do nowych sposobów ochrony ludzi przed toksynami.

„Jesteśmy zainteresowani zrozumieniem, w jaki sposób zmienność genomowa prowadzi do różnic między osobnikami, dlatego w tym badaniu przyglądamy się najbardziej podstawowym mechanizmom biologicznym leżącym u podstaw odporności na toksyny w prostych organizmach, takich jak drożdże” – powiedział dr Meru Sadhu. D., badacz w Oddziale Badań nad Chorobami Genetycznymi w NHGRI i główny autor badania. „Ważnym sposobem różnicowania organizmów jest to, jak bardzo wpływają na nie toksyny”.

Zwykle toksyny są używane w konfliktach między różnymi gatunkami. Jednak te „zabójcze” drożdże są interesujące i bezpieczne do badania, ponieważ toksyny wpływają tylko na inne drożdże i nie szkodzą ludziom, powiedziała Ilya Andreev, była stażystka podyplomowa NHGRI, która prowadziła to badanie.

„Istnieje bardzo niewiele przykładów takich konfliktów wewnątrzgatunkowych w przyrodzie, a nasza praca właśnie zarysowała powierzchnię zrozumienia ewolucyjnej dynamiki takich konfliktów” – dodał Andreev.

W bieżącym badaniu naukowcy z NHGRI przeanalizowali drożdże zakażone wirusem, który powoduje, że drożdże wydzielają śmiertelną toksynę o nazwie K28. Wirus nie wpływa negatywnie na zainfekowane drożdże. Zamiast tego zainfekowane drożdże są również odporne na działanie toksyny.

Te zainfekowane drożdże wydzielają toksynę K28, aby zniszczyć niezainfekowane drożdże rosnące w pobliżu. Zapewnia to zainfekowanym drożdżom przewagę ewolucyjną w rywalizacji o zasoby. Jednak niektóre niezainfekowane drożdże rosną pomimo obecności toksyny.

Aby dowiedzieć się, w jaki sposób te niezainfekowane drożdże są odporne na toksynę, naukowcy wystawili różne niezainfekowane drożdże na działanie toksyny K28. Te, które nie zostały dotknięte toksyną, zostały sklasyfikowane jako wysoce odporne, a te dotknięte chorobą jako wrażliwe. Następnie naukowcy porównali genomy odpornych i wrażliwych drożdży, aby określić, które geny powodują, że niektóre drożdże są odporne.

Dzięki temu badaniu naukowcy ustalili, że KTD1 gen zapewnia odporność na toksynę K28. „Tego genu nigdy wcześniej nie badano” – powiedział Sadhu. „Zidentyfikowanie tego genu to pierwszy krok do pełnego zrozumienia tego, co dzieje się na poziomie molekularnym”.

Następnie naukowcy przyczepili do niego świecące białko KTD1 białka do śledzenia jego pozycji w komórkach drożdży. Stwierdzili, że KTD1 białko znajduje się na powierzchni przedziałów komórkowych zwanych wakuolami. Wakuole służą w komórce do wielu celów, w tym do izolowania i rozkładania szkodliwych substancji, takich jak toksyny.

Aby wywołać toksyczne działanie, toksyna K28 musi swobodnie poruszać się po komórce. Badacze postawili hipotezę, że KTD1 białko może być zaangażowane w wychwytywanie toksyny w wakuoli.

Region KTD1 białko wbija się do środka wakuoli, gdzie może wchodzić w interakcje z uwięzionymi toksynami. Analizując sekwencję białka, naukowcy odkryli, że ten region KTD1 białko znajduje się pod silną presją ewolucyjną.

Te silne presje ewolucyjne wskazują na znaczenie tego regionu dla KTD1 funkcji białka i podkreślają konkurencję między toksyną a drożdżami. Jednak potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć, w jaki sposób ten region KTD1 białko utrzymuje K28 w ryzach i jak K28 może ewoluować w odpowiedzi.

NHGRI jest jednym z 27 instytutów i ośrodków w NIH. NHGRI Division of Extramural Research wspiera dotacje na badania i szkolenia oraz rozwój kariery w ośrodkach w całym kraju. Dodatkowe informacje na temat NHGRI można znaleźć na stronie www.genome.gov.

O Narodowych Instytutach Zdrowia (NIH):NIH, krajowa agencja badań medycznych, obejmuje 27 instytutów i ośrodków i jest częścią Departamentu Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych. NIH jest główną agencją federalną prowadzącą i wspierającą podstawowe, kliniczne i translacyjne badania medyczne oraz bada przyczyny, leczenie i lekarstwa zarówno na powszechne, jak i rzadkie choroby. Więcej informacji o NIH i jego programach można znaleźć na stronie www.nih.gov.

NIH… Przekształcenie odkrycia w zdrowie^®

###