» » » Метилирование ДНК в бактериях


Процесс метилирования ДНК, один из важнейших механизмов развития и функционирования млекопитающих, также играет важную роль в вирулентности и выживании бактерий. Он относится к добавлению крошечного химического сигнала – метильной группы – к определенной последовательности ДНК, тем самым передавая дополнительную информацию ДНК. Это наложение информации представляет собой эпигенетическую регуляцию, которая позволяет одноклеточным организмам быстро реагировать на стресс или сигналы из окружающей среды.

Специфичность метилирования бактериальной ДНК

Большинство эпигенетических систем бактерий используют метилирование ДНК как сигнал для регулирования специфического взаимодействия ДНК-белка. Такие системы обычно состоят из ДНК-метилазы и одного или нескольких ДНК-связывающих белков, которые могут перекрывать сайт метилирования мишеней на ДНК, что впоследствии блокирует метилирование этого сайта.

С другой стороны, метилирование целевого сайта ингибирует связывание белка, что может привести к двум альтернативным метилирующим состояниям сайта-мишени – метилированным и неметилированным. Результатом является конкретный образец метилирования ДНК с влиянием на то, какие гены будут выражены и, следовательно, как микроорганизм будет взаимодействовать с окружающей средой.

В отличие от эукариот, в качестве первичного эпигенетического сигнала бактерии используют метилирование аденина ДНК (а не метилирование цитозина ДНК, характерное для млекопитающих). Метилирование аденина играет важную роль в вирулентности разнообразных патогенных организмов человека и животных, включая патогенные бактерии Escherichia coli, Mycobacterium tuberculosis, Bacillus anthracis, Salmonella, Vibrio, Brucella и другие бактерии.

Хотя эукариоты используют только несколько ДНК-метилтрансфераз (ферменты, которые катализируют перенос метильной группы в ДНК), существует множество бактерий, большинство из которых имеют очень высокую специфичность последовательности. Например, важный желудочный патоген человека Helicobacter pylori имеет большое количество генов ДНК-метилтрансферазы с различными вариациями, содержащими разные и уникальные последовательности.

Тем не менее, у большого числа видов метилирование аденина проводится с помощью ДНК аденин-метилазы. Например, в Escherichia coli метилаза Dam играет роль в инициировании репликации бактерий, восстановлении несогласованных пар оснований, а также в регуляции генов. И наоборот, мутация или избыточная экспрессия этой метилазы может привести к потере вирулентности у ряда других видов.