莱斯大学 导致结核病的结核分枝杆菌的扫描电子显微照片
信用:NIAID 莱斯大学的计算生物工程学家和罗格斯新泽西医学院(NJMS)的传染病专家进行的一项研究表明，结核细菌已经进化到能够记住有压力的遭遇，并对未来的压力做出快速反应
相关作者、莱斯大学生物工程教授奥列格·伊戈辛(Oleg Igoshin)说，这项研究发现了一种遗传机制，这种机制可以让结核菌——结核分枝杆菌——以“历史依赖”的方式快速应对压力
研究人员长期以来一直怀疑，结核细菌保持休眠状态的能力，有时长达数十年，源于它们基于过去经验的行为能力
潜伏性结核病是一个巨大的全球性问题
而肺结核杀死大约1
世界卫生组织估计，每年有20-30亿人感染一种休眠的结核杆菌
“免疫系统和细菌之间有某种和平条约，”伊戈辛说
“细菌不会生长，免疫系统也不会杀死它们
但是，如果人们由于营养不良或艾滋病而导致免疫系统受损，细菌就会被重新激活
" 一个最有可能使结核细菌进入休眠状态的基因开关是一个由免疫细胞攻击引起的压力激活的调节网络
该网络通过激活细菌用来在压力下生存的几十个基因来做出反应
基于赖斯的计算模型，伊戈辛和他在罗格斯大学NJMS分校的长期合作者玛利亚·劳拉·根纳罗及其同事预测，2010年将会出现这样的转变
根据该理论，该开关包含一个超灵敏的控制机制，该机制与多个反馈回路相结合，以允许滞后或依赖于历史的行为
伊戈辛解释说:“这个想法是，如果我们让细胞处于中等压力下，从它们的快乐状态开始，它们不会有太多的反应。”
“但是如果你给他们施加足够的压力来阻止他们的成长，然后把压力降低到一个中等水平，他们仍然会有压力
即使你完全消除了压力，基因表达途径仍然保持活跃，在压力回来的情况下保持基本水平的活性
" 在后来的实验中，根纳罗的团队没有发现结核杆菌近亲耻垢分枝杆菌的预测控制机制的证据
由于两种生物使用相同的调控网络，看起来预测是错误的
找出原因需要多年的跟踪研究
根纳罗和伊戈辛的团队发现，与他们的非传染性表亲不同，结核杆菌具有滞后控制机制，但它的行为并不像预期的那样
“滞后开关是众所周知的非常慢，这不是，”伊戈辛说
“对于中等程度的压力，存在滞后现象，这是一种依赖于历史的反应
但是当压力从低到高或从高到低时，反应相对较快
对于这篇论文，我们试图理解这些有些矛盾的结果
" 去年毕业的莱斯大学博士生伊戈辛和该研究的合著者萨蒂亚吉特·拉奥(Satyajit Rao)重新审视了2010年的模型，并考虑了如何对其进行修改以解释这一悖论
过去十年的研究发现，一种叫做脱氧核糖核酸的蛋白质在激活压力反应网络中发挥了作用
基于对DnaK的了解，伊戈辛和饶将它加入到他们的休眠-激活开关模型中
“我们没有发现它，但我们为它提出了一个特殊的机制，可以解释我们观察到的快速的、依赖于历史的转变，”伊戈辛说
“所发生的是，当细胞受到压力时，它们的膜被破坏，并开始积累未折叠的蛋白质
那些未折叠的蛋白质开始争夺脱氧核糖核酸
" 众所周知，脱氧核糖核酸在帮助细胞清除未折叠的蛋白质方面起着伴侣的作用，但它在应激反应网络中起着额外的作用，使其传感器蛋白处于非活性状态
“当有太多未折叠的蛋白质时，脱氧核糖核酸不得不释放传感器蛋白质，这是我们网络的激活输入，”伊戈辛说
“所以一旦有足够的未折叠蛋白质来‘分散’脱氧核糖核酸，生物体就会对压力做出反应
" 根纳罗和合著者普拉蒂克·达塔在NJMS进行了实验，以证实DnaK的行为符合预期
但是伊戈辛说，尚不清楚这些发现会如何影响结核病的治疗或控制策略
他说，例如，这种开关对细胞内的短期生化变化做出反应，不清楚它可能与结核病潜伏期等长期行为有什么联系(如果有的话)
伊戈辛说:“第一步是真正尝试看看这种滞后现象在感染过程中是否重要。”
“这仅仅是我们在实验中看到的一件奇特的事情，还是对患者的预后真的很重要？鉴于在结核杆菌的非感染表亲中没有发现它，人们很容易推测它与宿主体内的生存有关
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
