Малая РНК регулирует продукцию шига-токсина кишечной палочкой

Опасные энтерогеморрагические штаммы кишечной палочки (Escherichia coli) вызывают такие заболевания, как геморрагический колит и гемолитический уремический синдром. Причина их сильнейшей патогенности заключается в способности продуцировать шига-токсины. Шига-токсины кодируются не собственным геномом бактерии, а лизогенными лямбдоидными фагами, встроившимися в бактериальный геном. Ген, кодирующий шига-токсин, транскрибируется в составе позднего транскрипта фага в ходе антитерминации позднего промотора P_R’, когда РНК-полимераза продолжает транскрипцию после прохождения последовательности-терминатора. Продукция шига-токсинов запускается при переходе фага из лизогенного состояния в литическое. В ходе лизогенного цикла происходит преждевременная терминация позднего транскрипта, при этом в качестве побочного продукта регуляции антитерминации образуется некодирующая малая РНК, которая ранее считалась нефункциональной. В новом исследовании, опубликованном в PNAS, сообщается, что эта малая РНК является регуляторной и подавляет продукцию шига-токсинов в течение лизогенного цикла фага.

Авторы исследования работали с энтерогеморрагическим штаммом E. coli O157:H7. В геноме этого штамма присутствуют две копии фага Stx, кодирующего шига-токсин. С помощью делеционного анализа исследователи показали, что с обеих копий транскрибируется малая РНК StxS. Именно эта РНК образуется как побочный продукт при преждевременной терминации транскрипции генов, кодирующих шига-токсин.

Чтобы проверить, участвует ли StxS в регуляции переключения лизогенного и литического циклов у фага, ученые получили клетки E. coli, в составе генома которых не было одной или двух копий генов, кодирующих StxS. Никакого влияния на жизненный цикл фага делеции не оказали. Однако оказалось, что StxS регулирует экспрессию некоторых генов самой бактерии, а именно активирует экспрессию гена, кодирующего сигма-фактор RpoS.

Поскольку RpoS отвечает за адаптацию бактериальных клеток к стационарной фазе роста культуры, через активацию его синтеза StxS могла бы поддерживать существование клеток во время стационарной фазы. Авторы работы показали, что SxtS необходима для достижения клетками максимальной плотности культуры во время стационарной фазы в условиях ограничения питательных веществ. Кроме того, StxS связывается с сайтом посадки рибосомы на транскриптах шига-токсина и тем самым подавляет его продукцию в условиях лизогении, которая наблюдается во время стационарной фазы культуры.

Авторы исследования заключают, что, поскольку механизм антитерминации используют многие фаги, лизогенные фаги могут быть источником множества регуляторных малых РНК. По словам главного автора работы доктора Джая Три, открытие нового пути контроля продукции шига-токсина важно для разработки препаратов против энтерогеморрагической кишечной палочки.