История ботокса: как мутировали бактерии ботулотоксина
Американские учёные проследили историю изменений бактерии Clostridium botulinu из которой выделяют сильный природный нейротоксин, используемый для производства ботокса — известного в индустрии красоты препарата.
Бактерия Clostridium botulinum вырабатывает один из мощнейших природных ядов — ботулотоксин. Он блокирует нервные сигналы, парализуя мышцы, из-за чего без экстренной помощи человек умирает от паралича дыхания. Но учёным удалось его «приручить», и этот токсин стал лекарством: инъекции ботокса лечат спазмы, мигрени и разглаживают морщины.
Выращивать бактерию для получения токсина начали более 90 лет назад, сначала для военных целей, потом для медицины и косметологии. Биологи называют такой процесс одомашниванием. Американские исследователи восстановили генетическую историю превращения. Они секвенировали и сравнили больше тысячи геномов C. botulinum, чтобы найти ближайших диких родственников боевого штамма. При сопоставлении генома одомашненной бактерии с геномом общего предка выявили около 100 изменений, включая 46 точечных мутаций, 44 мелкие вставки и выпадения, перестановку куска хромосомы и потерю более 80 генов. Также оказался поврежден ген mutS, который кодирует белок, исправляющий ошибки при копировании ДНК. У выделенного штамма белок укоротился до 9 % от нормальной длины и полностью перестал работать. Изменения позволили новому штамму копить точечные мутации примерно в четыре раза быстрее дикого, а мелкие вставки и выпадения — примерно в 100 раз быстрее. Математическая модель показала, что поломка гена mutS была одной из первых и она дала бактерии внутренний источник разнообразия, после быстрых мутаций отбор закреплял полезные варианты.
Результатами работы стала геномная летопись микробного одомашнивания Clostridium botulinum — от дикого предка до промышленного штамма, который стал основой мировой фармацевтики. Схожие процессы происходят и у других индустриальных микробов, которые производят антибиотики, ферменты и инсулин.
