Открытие функции гена в E. coli и другие бактерии могут привести к появлению пробиотика для предотвращения наиболее распространенного типа камней в почках, согласно исследованию Университета Пердью.
Человеческие клетки не могут метаболизировать оксалат, кислотное химическое вещество, которое содержится почти во всех растениях, которые мы едим, поэтому любой оксалат, который мы поглощаем с пищей, должен выводиться из организма. Мочевые камни с оксалатом кальция могут образовываться, когда оксалат достигает высокой концентрации в почках. Около 80 процентов почечных камней состоят из нерастворимого оксалата кальция.
Т. Джозеф Каппок, доцент биохимии, и его исследовательская группа сделали открытие во время изучения генов Acetobacter aceti, безвредной бактерии, которая обычно используется для преобразования вина в уксус. По словам Каппока, Acetobacter aceti, который обычно живет в тканях растений, процветает в кислых условиях, которые легко убивают большинство других бактерий.
Исследователи искали другие кислоты в дополнение к уксусной кислоте, содержащейся в уксусе, которую бактерия может метаболизировать.
"Мы были очень взволнованы, когда поняли, что E. coli имеет ту же генетическую структуру, что и Acetobacter aceti," сказал Каппок, результаты которого были опубликованы в журнале PLOS ONE.
Каппок и докторанты Элвуд А. Маллинз и Келли Л. Салливан обнаружил, что Acetobacter aceti и E. coli содержат фермент с ранее неизвестной функцией, называемый YfdE в E. кишечная палочка.
Секвенирование ДНК позволило идентифицировать родственные гены у каждой бактерии, но мало что могло сказать о ее функции.
"Когда мы смотрим на бактериальный геном с помощью секвенирования ДНК, мы не можем сказать, что делают многие белки в организме," Каппок сказал. "Я сравниваю это со знанием того, что в автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания. Вы не знаете, в автомобиле ли это Indy или в дизельном грузовике. Секвенирование ДНК говорит нам, что в этом организме есть двигатель внутреннего сгорания, но мы не знаем, для чего он нужен и на что он способен."
Многие другие бактерии имеют такие же гены, но, похоже, не могут их использовать.
"Некоторые бактерии в желудочно-кишечном тракте питаются оксалатами, и мы думаем, что знаем, как они работают," Каппок сказал. "Но мы не знаем, почему так много других погибает от оксалата, хотя у них есть гены, которые, казалось бы, способны их защитить. Оксалат – очень трудный орешек. Это очень стабильная молекула, которую трудно разложить. Ферменты, которые его обрабатывают, довольно специализированы и, кажется, не связаны очевидным образом с нормальными метаболическими путями бактерий."
Исследователи определили, какие химические вещества обрабатываются ферментом YfdE, догадавшись, что он будет использовать оксалат. Их результаты связали разложение оксалатов с ядром метаболизма бактерий.
Назначение функции YfdE может помочь идентифицировать полезные бактерии, которые могут служить пробиотическими агентами в желудочно-кишечном тракте человека, чтобы снизить риск образования камней в почках. Камни в почках, поражающие более 5 процентов U.S. популяция, может вызвать болезненную закупорку мочевыводящих путей.
"Если мы поймем, какие бактерии должны разлагать оксалат, тогда мы сможем лучше понять, как определить штаммы, которые могут это сделать, и тем самым подавить поглощение оксалата из пищи" он сказал. "Вероятно, существуют бактерии, которые спроектировали себя, чтобы делать это за нас."
По словам Каппока, информация о секвенировании генома увеличит скорость поиска.
"Поскольку мы выяснили, что делает генный продукт, мы сможем найти его в любом организме и сосредоточимся на тех, которые могут быть полезны," он сказал.
Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию, чтобы определить наиболее важные области фермента YfdE.
Каппок сказал, что у информации есть и другие приложения. Ученые и инженеры, которые заинтересованы в картировании и перепрограммировании метаболизма микробов, теперь знают, что делает еще один генный продукт.
"Наша единственная часть головоломки поможет другим понять другие метаболические сети," он сказал.