Кишечная палочка “питается” лактозой через метаболизм других веществ

Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Михаила Гельфанда открыла неизвестный ранее способ переработки лактозы бактерией Escherichia coli (кишечная палочка), обитающей в кишечнике человека и других млекопитающих. Бактерия задействует при этом гены, которые предназначены для метаболизма других веществ. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

“Полученные результаты говорят о возможной мультифункциональности ферментов, ранее считавшихся очень узкоспециализированными, и поднимает целый ряд дополнительных вопросов об их биохимических характеристиках, специфичности и сродству ко всем возможным субстратам”, – отмечается в пресс-релизе.

Самая привычная пища для кишечной палочки – глюкоза, но в ее отсутствие бактерия может перейти на другие вещества, например на лактозу.

Кишечная палочка может быстро, в течение нескольких часов, переключаться с одного “корма” на другой, благодаря тому, что гены, отвечающие за определенные задачи – например, за усвоение лактозы – не разбросаны по всей бактериальной хромосоме, а собраны в группы, опероны. Такая организация помогает легко регулировать работу генов и выключать ненужные гены при необходимости, переключаясь с переработки глюкозы на переработку лактозы.

Раньше считалось, что у кишечной палочки есть только один метаболический путь усвоения лактозы, но ученые обнаружили, что оперон, который нужен кишечной палочке для распада серосодержащих углеводов очень похож по взаимному расположению генов на оперон у других бактерий – бацилл, который отвечает за переработку лактозы.

Ученые предположили, что этот оперон у кишечной палочки может тоже участвовать в утилизации лактозы и эксперимент подтвердил догадку, показав, что генов, которые обеспечивают метаболизм сероуглеродов, участвуют в переработке лактозы. Гены работали, когда в среде присутствовала лактоза, и выключались при ее отсутствии. Более того, даже если выключить классический путь переработки лактозы, бактерии могли расти и размножаться на лактозе за счет нового пути.

Как пишут ученые в статье, исследованный ими случай является примером успешного предсказания функций генов, основанного на их расположении в геноме. “Эта история показывает силу интеграции биоинформатических и экспериментальных методов при решении типичных молекулярно-биологических задач”, – сказал профессор Михаил Гельфанд.