Российские ученые выделили ключевые компоненты ответа микроорганизмов на стресс

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета охарактеризовали компоненты реакций фототрофных микроорганизмов на разные стрессовые воздействия окружающей среды, к которым организмы быстро и эффективно адаптируются. Работа проходит в рамках исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), а часть его результатов была опубликована в журнале European Journal of Protistology.


Стрессовым состоянием для одноклеточных организмов является любое отклонение от роста, характерного для микроорганизма при «оптимальных» (лабораторных) условиях, которое выражается в замедлении или полной его остановке. Стрессовыми могут быть физико-химические факторы среды (осмотический стресс, температурный, окислительный, действие рН), недостаток или отсутствие питательных субстратов. Молекулярные механизмы регуляции стрессовых ответов у фототрофных эукариотических микроорганизмов, в отличие от прокариотических и гетеротрофных эукариотических микроорганизмов, в настоящее время изучены крайне недостаточно. Эукариотические организмы — это те, в клетках которых есть ядро, а прокариоты, соответственно, организмы, в клетках которых ядра нет. Фототрофные организмы используют свет для получения энергии, в то время как гетеротрофные не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Наличие не только митохондрий, но и хлоропластов у фототрофных эукариотических микроорганизмов предполагает как необходимость координированного функционирования разных компартментов — функционально различных, окруженных мембранами областей, например ядро, митохондрии, — их клеток, так и наличие компартмент-специфичных механизмов, то есть механизмов, происходящих в данном компартменте и обеспечивающих эффективную адаптацию к неблагоприятным факторам.

Основная задача ученых состоит в выявлении общих ключевых компонентов в ответах фототрофных микроорганизмов на разные по природе стрессовые воздействия. С помощью этих данных можно охарактеризовать те регуляторные сети, которые не только обеспечивают интеграцию многих сигналов и, как результат, «тонкую настройку» ответа микроорганизмов, но и в конечном счете определяют возможность функционирования микробной клетки как целого организма.

В качестве модельного организма ученые взяли одноклеточную зеленую водоросль Chlamydomonas reinhrdtii, геном которой полностью секвенирован. В ходе работы были использованы современные методы исследований одноклеточных организмов, в том числе те, которые были разработаны специально для Chlamydomonas. В частности, в проекте используются метод экспрессии специфических искусственных микро-РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) в режиме реального времени, вестерн-блоттинг, проточная цитофлуорометрия с использованием флуоресцентных красителей и конфокальная микроскопия.

Исследования координированной регуляции процессов адаптации в ответ на одновременное действие разных стрессоров как подход для увеличения выхода синтезируемого продукта очень значимы, потому что Chlamydomonas представляет собой перспективный для биотехнологии микроорганизм: он синтезирует разные типы биотоплива именно в стрессовых ситуациях. Так, при отсутствии источников серы на свету он синтезирует водород, а при голодании по азоту — нейтральные липиды в виде липидных тел.

«В ходе дальнейшей работы над проектом будут получены новые фундаментальные знания относительно того, как фотосинтезирующие эукариотические микроорганизмы воспринимают стрессовые воздействия и интегрируют эту информацию в ходе адаптации с помощью сигнальных молекул и глобальных регуляторов в соответствующие клеточные ответы (синтез необходимых для защитно-адаптивных ответов белков и органических протекторов). Успешное выполнение запланированных работ позволит оценить разнообразие используемых для контроля плейотропных регуляторов и механизмы их запуска и интеграции в фотосинтезирующих клетках с точки зрения их универсальности и эволюционного развития», — рассказала Елена Ермилова, автор статьи, доктор биологических наук, профессор биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.