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.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Бактерии — удивительные организмы, способные жить и развиваться в самых разных экологических нишах. Зачастую им приходится приспосабливать свой метаболизм к тем источникам питания, которые оказались доступны именно здесь и сейчас. Если обычная кишечная палочка Escherichia coli, традиционно живущая в организме млекопитающих, окажется вне привычного местообитания, она может начать питаться жирными кислотами или сероуглеродами, которых в нашем организме нет. А если она попадет в привычное местообитание, она снова переключит свой метаболизм и начнет питаться тем, чем удобнее.

Наиболее распространенной пищей для кишечной палочки служит всем известная глюкоза, которая в большом количестве поступает в организм из пищи при разложении более сложных углеводов. Кроме того, удобным источником питания является лактоза, содержащаяся в молочных продуктах. В 50-х годах прошлого столетия французские ученые Франсуа Жакоб и Жак Моно задались вопросом — как бактериям удается быстро перерабатывать такие большие количества лактозы и как они выключают синтез всех ферментов ее утилизации, когда лактоза заканчивается? Ведь тратить ресурсы «вхолостую» никогда и никому не выгодно.

Выяснилось , что гены зачастую расположены на бактериальной хромосоме не в случайном порядке. Гены лежат в специальных структурах- оперонах, такая организация помогает легко регулировать работу генов и выключать ненужные гены при необходимости, переключаясь с переработки глюкозы на переработку лактозы.

С тех пор считалось, что у кишечной палочки есть только один пусть утилизации лактозы, и если его выключить — на одной лактозе бактерия просто не выживет.

Три года назад ученые из Сколтеха и Института проблем передачи информации РАН вместе со школьниками на летней «Школе теоретической и молекулярной биологии» обнаружили сходство между группой генов энтеробактерий (к которым как раз относится кишечная палочка), отвечающей за переработку сероуглеродов и комбинацией генов у других бактерий — бацилл. Похожие гены у бацилл были заняты вовсе не сероуглеродами, а переработкой лактозы.

И действительно: уже в экспериментальной работе совместно с коллегами из Института биофизики клетки РАН было впрямую показано участие генов, обеспечивающих метаболизм сероуглеродов 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.

По мнению исследователей: “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.”

“Эта история показывает силу интеграции биоинформатических и экспериментальных методов при решении типичных молекулярно-биологических задач,” — рассказывает профессор Михаил Гельфанд.