Vědci z CEITEC Masarykovy univerzity (MUNI) se podíleli na výzkumu, který odhaluje, jak se odolné mykobakterie dokážou přizpůsobit různým teplotním podmínkám a přežívat v prostředí domácností nebo zdravotnických zařízení. Některé z těchto bakterií jsou neškodné, ale jiné vyvolávají infekce a mohou představovat vážné zdravotní riziko – zejména pro lidi s oslabenou imunitou. Vědci nyní detailně popsali regulační mechanismus, kterým se mykobakterie dokážou přizpůsobovat změnám prostředí a dlouhodobě v něm přežívat.
Mykobakterie jsou rozsáhlou skupinou bakterií, které se přirozeně vyskytují v prostředí a vyznačují se specifickou buněčnou stavbou a vysokou odolností. Tento rod zahrnuje mimo jiné patogeny, které způsobují tuberkulózu nebo lepru, ale patří sem i netuberkulózní bakterie, které způsobují infekce především u lidí se sníženou obranyschopností, a proto se o ně dlouhodobě zajímají biologové i lékaři.
Mikrobiologové z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a z Mikrobiologického ústavu Akademie věd České republiky pod vedením Jarmily Hnilicové u netuberkulózní bakterie Mycobacterium smegmatis podrobně zkoumali funkci proteinu CarD, o kterém se vědělo, že hraje u sledované mykobakterie důležitou roli při zapínání a vypínání genů. Nebylo však jasné, jak je řízena funkce samotného CarD. Vědci proto systematicky hledali další molekuly, které se na CarD fyzicky vážou nebo jsou součástí stejného regulačního systému – a narazili na protein CrsL. Zjistili, že CrsL nejenom ovlivňuje CarD, ale také pomáhá mykobakteriím vyrovnat se se změnami teplot.
Pro pochopení role proteinu CrsL, kterou mikrobiologové popsali biologickými pokusy, bylo třeba podívat se na proteiny CarD a CrsL zblízka. A právě v této fázi výzkumu sehrála klíčovou roli expertiza CEITEC MUNI, který disponuje metodami umožňujícími studovat regulační molekuly až na atomární úrovni. Výjimečnost těchto přístupů spočívá v tom, že vědci z CEITEC MUNI dokážou analyzovat i proteiny bez pevně dané struktury - tedy molekuly, které byly donedávna opomíjené a jejichž studium vyžaduje experimenty šité na míru těmto proteinům. Pomocí nukleární magnetická rezonance tak zjistili, že CrsL patří právě k této skupině proteinů, a současně detailně popsali, jak se váže na regulační protein CarD, klíčový pro řízení genové aktivity u mykobakterií.
„Zjistili jsme, že CrsL tuto vazbu moduluje - tedy jemně upravuje způsob, jakým CarD spolupracuje s buněčným procesem odpovědným za zapínání genů," vysvětluje Martin Černý z CEITEC MUNI, jeden z prvních spoluautorů studie. „Popis struktury molekuly CrsL a její vazby na další regulační bílkovinu nám umožnil pochopit, jak bakterie zapínají a vypínají geny potřebné k přežití při změnách teploty."
Na atomární úrovni se tak ukazuje, že bakterie mají velmi propracovaný systém regulace, který jim umožňuje rychle reagovat na okolní podmínky. Tento detailní pohled je zásadní pro obecné pochopení toho, proč se mykobakteriím daří přežívat v různých prostředích.
Studium proteinu CrsL dobře ilustruje význam základního výzkumu a spolupráce vědců různých oborů. Příspěvek vědců z CEITEC Masarykovy univerzity spadá do oblasti strukturní biologie - oboru, který se zaměřuje na pochopení biologických procesů na té nejzákladnější úrovni. „Výzkum molekul na atomární úrovni umožňuje vědcům zjistit, jak jsou jednotlivé molekuly v buňce uspořádány, jak spolu komunikují, a díky tomu pochopit chování bakterií. Naše zjištění mohou významně přispět k dlouhodobým snahám o omezení rizik, která jsou spojena s bakteriemi a jejich rezistencí vůči antibiotikům," dodává další z členů výzkumného týmu Lukáš Žídek, vedoucí výzkumné skupiny na CEITEC MUNI zabývající se strukturou a dynamikou proteinů.
Studie byla publikovaná v prestižním časopise Nucleic Acids Research.