Вы слышали, что митохондрии — это «энергетические станции клетки». Теперь приготовьтесь услышать, что «митохондрии — это пехота клетки»!
Микробиологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили, что митохондрии не только вырабатывают энергию для клетки, но и помогают бороться с инфекциями. Их открытие, опубликованное в Science, показывает, что митохондрии лишают патогены питания, конкурируя с ними за витамин B9 (фолиевую кислоту), чтобы предотвратить заражение. Исследователи обнаружили, что фолиевая кислота, используемая митохондриями в рамках их нормального метаболизма, снижает количество фолиевой кислоты, доступной для определённого паразита, Toxoplasma gondii, который впоследствии растёт медленнее.
Toxoplasma gondii — паразитический микроорганизм, передающийся через кошачьи фекалии или недостаточно термически обработанное мясо. Он вызывает токсоплазмоз — инфекцию, которая часто протекает бессимптомно, но может быть особенно опасна для людей с ослабленным иммунитетом и во время беременности. У мышей инфекция T. gondii вызывает изменения в мозге, из-за которых они меньше боятся кошек. Некоторые исследователи считают, что у паразита симбиотические отношения с кошками, которые не заражаются паразитом, но получают выгоду от того, что им легче поймать добычу. У людей могут происходить схожие изменения в мозге, например, они могут стать более терпимыми к запаху кошачьей мочи. Для людей гораздо более серьёзным риском является заражение развивающегося плода, что может привести к неправильному развитию некоторых внутренних органов.
Новое открытие позволяет предположить, что приём витаминов может изменить митохондриальный метаболизм и сделать его ещё более эффективным в борьбе с инфекциями, такими как токсоплазмоз.
Многие считают, что митохондрии — это энергетические фабрики, а патогены могут просто использовать их в своих целях, потребляя вырабатываемую ими энергию. Но на самом деле митохондрии — это своего рода одомашненные бактерии, которые конкурируют с патогенами за питательные вещества.
Лена Пернас, автор статьи и профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе
Митохондрии появились очень давно, когда какие-то древние бактерии проникли в клетку и установили с ней симбиотические отношения: бактерия получала необходимые для жизни питательные вещества, а клетка — энергию, которую бактерия вырабатывала в процессе метаболизма. В результате этого процесса, называемого эндосимбиозом, бактерии превратились в митохондрии, которые существуют и по сей день. Поскольку изначально митохондрии были бактериями, они до сих пор содержат ДНК, называемую митохондриальной ДНК, или мтДНК, которая отличается от ядерной ДНК.
«Если мы представим митохондрии как одомашненные внутриклеточные бактерии, которые хотят защитить свою клетку от новых захватчиков, то какой самый простой способ они могли бы для этого использовать?» — задаётся вопросом Пернас. «Ну, они могли бы использовать питательные вещества, на которые полагаются захватчики. В каждой клетке от сотен до тысяч митохондрий, а захватчиков в любой момент времени, скорее всего, всего несколько, а значит, для захватчиков может не хватить питательных веществ».
Это новое открытие было сделано, когда первый автор исследования Таня Катарина Медейрос, научный сотрудник группы Пернаса в её бывшем учреждении, Институте биологии старения Общества Макса Планка, заметила, что количество мтДНК в митохондриях увеличивается во время инфекции. Заразив культивируемые клетки человека T. gondii, исследователи обнаружили повышенную выработку белка ATF4, который регулирует экспрессию генов и активируется при стрессе, например при вторжении микробов. Активация ATF4 привела к увеличению количества мтДНК, но также показала, что клетка способна обнаруживать присутствие патогена, что активирует реакцию, усиливающую митохондриальный метаболизм. Клетка способна на это, потому что может обнаруживать белки, выделяемые паразитом.
«У патогенов есть целый арсенал эффекторов — белков, которые проникают в клетку-хозяина и нарушают её функции. Но клетка-хозяин может сказать митохондриям: „Эй, мы обнаружили белки этого захватчика. Давайте активируем этот ответ“», — сказал Пернас.
Чтобы выяснить, получают ли паразиты пользу от усиленного метаболизма в митохондриях, исследователи удалили ген ATF4 и обнаружили, что паразиты лучше себя чувствуют, когда метаболизм в митохондриях не нарушен. Это показало, что усиленный метаболизм, который является реакцией на инфекцию, на самом деле помогает подавлять инфекцию.
Дальнейшие исследования показали, что усиленный метаболизм митохондрий требует больше фолиевой кислоты, которая необходима паразиту для особого способа синтеза нуклеотидов — основных строительных блоков ДНК. Без возможности синтезировать этот важнейший строительный блок паразиты T. gondii росли медленнее.
«Происходит конкуренция за питательные вещества, в результате которой наш одомашненный микроорганизм лишает пищи микроорганизм-захватчик», — сказал Пернас.
Это первое исследование, в котором выявлен механизм, активирующий конкуренцию за питательные вещества между митохондриями, и показано, что он играет важную роль в предотвращении инфекций.
«Я думаю, это может относиться к любому микробу, который зависит от фолиевой кислоты для выработки этого конкретного нуклеотида, — сказал Пернас. — Например, это может быть Plasmodium, вызывающий малярию. В дальнейшем мы можем выяснить, защищает ли ограничение потребления фолиевой кислоты через митохондриальный метаболизм от других видов инфекций».
Источник:
Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе
Ссылка на журнал:
Медейрос Т. К., и др.. (2025). Митохондрии защищают от внутриклеточного патогена, ограничивая доступ к фолиевой кислоте. Science. doi.org/10.1126/science.adr6326.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся