Ученые разглядели необычную структуру микроорганизмов-квадратов
Археи — своеобразная группа микробов, многие из которых приспособлены к экстремальным условиям. Например, очень высокой солености, где они могут использовать энергию света благодаря особым участкам мембраны с кристаллической организацией. Известно два их типа: пурпурные и бордовые мембраны, причем вторые изучены намного хуже. Пробел восполнила новая работа ученых МФТИ и их коллег, установившая структуру бордовых мембран архей.
Результаты опубликованы в журнале «Биохимия». Все многообразие живого делится на три основных «ствола»: ядерные организмы (эукариоты), бактерии и археи. Археи, которых раньше также называли «архебактериями», на деле оказались уникальными клетками. По сложности организации они наряду с бактериями отнесены к прокариотам (клеткам без ядра), тогда как устройство генома и многие клеточные процессы сближают архей с более сложными эукариотами.
Многие археи населяют экстремальные среды, скажем горячие источники или водоемы с высокой соленостью. Некоторые используют энергию света благодаря своим уникальным адаптациям, в том числе богатым пигментами мембранам. Известно, что галофильная (то есть солелюбивая) архея Halobacterium salinarum имеет особые ярко окрашенные области на цитоплазматической мембране — так называемые пурпурные мембраны (purple membranes).
Пурпурная мембрана представляет собой двумерную гексагональную кристаллическую решетку. Она образована всего одним белком — тримерной (состоящей из трех молекул) формой фоточувствительного протонного насоса, бактериородопсина. Белки окружают липиды с одинаковыми насыщенными «хвостами», но разными полярными головками.
Похожие специализированные мембраны встречаются и у некоторых других архей. В этом случае родопсин соседствует с бактериоруберином, пигментом из группы каротиноидов. Из-за другого оттенка такие мембраны получили название «бордовые» (claret membranes). И если пурпурные мембраны уже неплохо изучены, то бордовые остаются плохо понятными.
Дополнительные сложности связаны с тем, что многие археи относятся к сложно культивируемым микроорганизмам. Это означает, что их непросто содержать в лаборатории, где возможно изучение структуры и физиологии клетки. Такие археи описаны главным образом по метагеномным данным — фрагментам их геномов, которые оказались в окружающей среде.
С этим затруднением справились российские ученые из МФТИ, РХТУ имени Д. И. Менделеева, ОИЯИ и Института цитологии РАН (Санкт-Петербург). Объектом исследования стала архея Haloquadratum walsbyi и ее бордовая мембрана. H. walsbyi живет в непригодных для большинства галофилов очень соленых водоемах с высоким содержанием ионов магния. Этот микроорганизм также примечателен формой клетки: похожей на плоский и очень тонкий квадрат с отчетливыми прямыми углами. H. walsbyi способен перемещаться в толще воды за счет образования везикул с газом.
Суровая среда с недостатком питательных веществ заставила эту архею приобрести собственную уникальную структуру — бордовую мембрану. Выделить ее и описать химические свойства удавалось и раньше, однако структуру бордовых мембран данной археи впервые охарактеризовали в своей статье российские ученые.
Она оказалась отличной от пурпурной мембраны Halobacterium salinarum во многих отношениях. Чтобы это выяснить, авторы нового исследования сперва наработали достаточную биомассу H. walsbyi, что оказалось непросто.
Клетки археи изучали с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии, а ее выделенные бордовые мембраны — с помощью трансмиссионной электронной микроскопии и абсорбционной спектроскопии в ультрафиолетовом диапазоне.
Для сравнения исследователи также выделили и охарактеризовали пурпурную мембрану из Halobacterium salinarum. Как и следовало ожидать на основе других исследований, пурпурная мембрана имела четкую гексагональную организацию с размером ячейки 62 ангстрема. Далее описали тонкие различия в структуре пурпурной мембраны Halobacterium salinarum и бордовой мембраны Haloquadratum walsbyi.
Использовали методы малоуглового и широкоуглового рентгеновского рассеяния. Оба основаны на изменении направления рентгеновских лучей, первый — из-за более крупных неоднородностей образца с незначительным изменением угла, второй — из-за структур меньше нанометра. В этом случае рентгеновские лучи отклоняются уже на значительные углы.
«Структурные методы, такие как мало- и широкоугловое рентгеновское рассеяние, помогают нам понять устройство мембранных наноструктур. По картинам дифракции и профилям рассеяния мы определяем характер пространственной упаковки элементов, из которых складывается архитектура мембраны — белков, липидов и пигментов. Такие исследования невозможны без современной приборной базы. Часть измерений для этой работы мы выполнили на установке Rigaku MicroMax-007 на базе МФТИ, что обеспечило данные требуемого качества для сравнения структур пурпурных и бордовых мембран»,— прокомментировал соавтор исследования Юрий Рижиков, старший научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
В то же время бордовая мембрана показала неожиданную картину рассеяния рентгеновского излучения. Ей лучше всего соответствует ромбоэдрическая кристаллическая решетка, элементарная ячейка которой представляет собой ромб. Размер ячеек в этом случае составил примерно 28 ангстрем, угол между ребрами — около 83 градусов.
Различие дифракционных картин пурпурных и бордовых мембран дало понять исследователям, что образец бордовой мембраны устроен сложнее. Его структура может объясняться различием в составе белков и липидов мембраны, в том числе наличием бактериоруберина, которое подтвердили с помощью спектроскопии в УФ- и видимом диапазонах.
«В работе показаны существенные структурные различия между пурпурными и бордовыми мембранами архей. Они помогают лучше понять устройство их плазмалеммы. Наши результаты подчеркивают критическое значение липидов и пигментов для архитектуры архейных мембран и служат основой для дальнейших исследований их функции»,— отметила Елизавета Дронова, первый автор работы, младший научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Множество переломов костей у средневекового скелета, захороненного в замке Стерлинг, позволили предположить, что мужчина погиб в результате прямого попадания снаряда, выпущенного из осадного орудия. Не исключено, что это был гигантский требушет «Боевой Волк», построенный по приказу короля Англии Эдуарда I.
Воспоминания не исчезают бесследно: иногда пережитый опыт перестает влиять на поведение, хотя его след продолжает сохраняться в мозге. Ученые решили проверить, можно ли вернуть такую «забытую» память и что произойдет, если напомнить о произошедшем не совсем точно.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно