Ученые составили карту жизненно важных генов бактерии Mycoplasma pneumoniae

Изображение клеток Mycoplasma pneumoniae, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Эти бактерии естественным образом адаптированы к человеческим легким. Автор: Мария Льюч/CRG

Ученые годами изучали один из самых простых микроорганизмов на Земле — бактерию Mycoplasma pneumoniae. В результате они составили подробный список молекулярных компонентов, без которых клетка может обойтись, а без каких — нет. Это знание может ускорить создание «живых лекарств» на основе данного микроорганизма.

Исследование, опубликованное сегодня в журнале Molecular Systems Biology, представляет собой наиболее полную «карту жизненно важных элементов» для любого живого организма на сегодняшний день. Такие карты помогают ученым понять, какие участки генома действительно необходимы для выживания клетки и как она реагирует на их отсутствие.

Даже для Escherichia coli — наиболее изученной бактерии — большинство исследований охватывают лишь каждый десятый или двадцатый участок ДНК, оставляя значительные пробелы. В новом исследовании ученые проанализировали каждую вторую букву ДНК, что позволило не просто классифицировать гены как «жизненно важные» или «необязательные», но и оценить их важность по шкале.

«Мы хотели выяснить, какие крошечные участки бактериальной ДНК действительно необходимы, а не только очевидные гены», — говорит доктор Самуэль Миравет-Верде, микробиолог из ETH Zurich, который руководил исследованием вместе с доктором Раулем Бургосом и профессором Луисом Серрано из Центра геномной регуляции (CRG).

Геном Mycoplasma pneumoniae содержит всего около 816 000 букв ДНК — примерно в миллион раз меньше, чем человеческий. Ученые использовали метод транспозонного секвенирования, чтобы нарушить работу 450 000 из этих букв.

Из 707 генов, кодирующих белки, 220 оказались абсолютно критическими, 86 — почти критическими, еще 84 были полезны, но не обязательны, а 317 можно было удалить без фатальных последствий (по крайней мере, в лабораторных условиях). Это означает, что примерно половину генетического кода бактерии можно удалить или повредить, не убивая ее.

Также исследователи изучили регуляторные элементы бактерии — участки ДНК, которые управляют активностью генов. Из 1050 таких элементов только 25 оказались действительно необходимыми. Это подтверждает гипотезу о том, что у Mycoplasma pneumoniae очень простые механизмы регуляции генов.

Доктор Миравет-Верде сравнивает исследование с проверкой не только крупных деталей машины, но и мелких винтиков и переключателей, которые поддерживают ее работу.

Теперь, когда каждая буква ДНК получила количественную оценку важности, ученые могут предсказывать, как изменения в геноме повлияют на бактерию, и выбирать наиболее безопасные пути для модификации.

Это открытие особенно важно, потому что Mycoplasma pneumoniae уже используется в качестве «платформы» для создания терапевтических средств. Например, биотехнологическая компания Pulmobiotics модифицировала эту бактерию, чтобы доставлять лекарства против устойчивых к антибиотикам инфекций легких у мышей. Также ведутся испытания версий бактерии, способных доставлять противоопухолевые препараты непосредственно в легкие.

Новая карта жизненно важных генов дает ученым больше свободы для удаления ненужных элементов и точного встраивания терапевтических генов. «Когда вы добавляете полезную нагрузку, важно вставить новую ДНК в безопасное место. Теперь у нас есть тысячи таких зон, подтвержденных с высокой точностью», — объясняет доктор Серрано.

Еще одно неожиданное открытие: некоторые «жизненно важные» гены можно разделить на две части, и бактерия продолжит жить. «Это как обнаружить, что машина может ехать, даже если часть двигателя разрезана пополам», — говорит доктор Миравет-Верде.

В дальнейшем ученые планируют изучить, почему эти гены можно разделять, и какие эволюционные последствия это имеет. «Возможно, это были два отдельных белка, которые со временем объединились? Ответ на этот вопрос поможет нам создавать новые модульные белки для синтетической биологии», — добавляет исследователь.

Дополнительная информация: Quantitative essentiality in a reduced genome: a functional, regulatory and structural fitness map, Molecular Systems Biology (2025). DOI: 10.1038/s44320-025-00133-1, www.embopress.org/doi/full/10. … 8/s44320-025-00133-1

Источник: Center for Genomic Regulation