Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
В России описали перспективы использования мимикрирующих под ДНК белков
Различные системы рестрикции-модификации — это своего рода оборонительное заграждение, которое защищает бактерии от заражающих их вирусов (бактериофагов). Те научились преодолевать «броню», в том числе с помощью имитирующих ДНК белков, которые принимают удар на себя. Специфике таких антирестрикционных систем, а также перспективам их применения на практике посвящена новая работа физтехов.
На нашей планете обитает бесчисленное множество бактерий и других неразличимых глазом микроорганизмов, однако первое место по численности принадлежит не им. Намного меньших по размеру вирусных частиц бактериофагов (или просто фагов) на Земле в 5–10 раз больше, чем всех бактериальных клеток вместе взятых.
Быстрая эволюция бактериофагов и высокая скорость их размножения выступают главными факторами развития у бактерий механизмов устойчивости к этим вирусам. В процессе длительного взаимного приспособления (коэволюции) фага и хозяина у них сформировались сложные и специфичные стратегии «нападения и защиты». Одна из них — система рестрикции-модификации. Анализ геномов показал, что такие есть у 83% всех известных бактерий.
Рассмотрим подробнее, как бактерии защищают свой геном от бактериофагов с помощью систем рестрикции-модификации. Существуют различные типы этих систем ферментов. Первый тип представляет собой комплекс, который выполняет сразу две функции: расщепления и модификации чужеродной ДНК. Механизм действия входящих в него белков включает специфическое связывание с сайтом узнавания на двухцепочечной ДНК и последующую транслокацию — перемещение фермента вдоль цепи ДНК, которое требует затраты энергии в форме АТФ. Затем такие белки расщепляют нуклеиновую кислоту в случайном месте.
Второй тип включает в себя отдельные ферменты, каждый из которых берет на себя отдельную функцию — расщепление или модификацию. Эндонуклеазы («режущие» нуклеиновую кислоту ферменты) этого типа зачастую представляют собой димеры (комплекс из двух молекул) или тетрамеры (из четырех). Они «надрезают» ДНК в строго определенной позиции рядом с участком узнавания.
Ферменты третьего типа представляют собой гетеротримерные комплексы (из трех белков) или гетеротетрамерные (из четырех), которые совмещают в себе функции рестрикции и модификации. Подобные ферменты распознают асимметричные последовательности и расщепляют ДНК лишь при наличии двух участков узнавания с противоположной ориентацией.
Помимо трех описанных типов исследователи также рассмотрели еще две близкие системы. Это BREX-система I типа, которая напоминает классическую систему рестрикции-модификации, а также система «адаптивного иммунитета» бактерий CRISPR-Cas (активно используется для генного редактирования).
Белки антирестрикции противодействуют рестрикции-модификации и часто встречаются в мобильных генетических элементах («прыгающих генах»), это не только фаги, но и плазмиды и транспозоны. Такие системы повышают вероятность сохранения всех трех этих типов генетических элементов в клетке и способствуют успешному началу инфекционного процесса.
Сюда относятся ДНК-миметики — белки, которые используют фаги и которые «притворяются» ДНК. Они зарекомендовали себя как эффективные инструменты для избирательного ингибирования тех белков, которые узнают и связывают ДНК. Механизм их действия основан на способности имитировать структуру нуклеиновой кислоты и блокировать активные центры «ошибшихся» белков.
Классические примеры — белки ArdA и Ocr, которые своей формой и электростатическим зарядом имитируют ДНК. Ген, кодирующий белок Ocr, первым из генома бактериофага включается при попадании в бактерию, выключая ее «оборону». Схожие с ardA гены обнаружены во многих других бактериальных геномах.
Иначе устроены механизмы функционирования гена ardB. Его белковый продукт не имитирует структуру ДНК и по форме не похож на вытянутые белки Ocr и ArdA — белок скорее напоминает тетраэдр. Показано, что ведущую роль в антирестрикционной функции ArdB играет остаток аспартата и еще несколько отрицательно заряженных аминокислот на C-конце белка.
Далее ученые из лаборатории молекулярной генетики МФТИ описали перспективы для использования ДНК-миметиков типа ArdA в качестве высокоточных инструментов для управления внутриклеточными процессами, включая экспрессию генов. Более того, локализация в геноме некоторых генов ArdA говорит о том, что такая регуляция происходит в природе. Недавние исследования подтвердили, что эти гены способны «отключать» защитные системы рестрикции-модификации при встраивании в хромосомы бактерий Agrobacterium tumefaciens, Pseudomonas monteilii и Xanthomonas sp.
Обычно белки ArdA состоят из двух частей: «хвоста» (С-конец), который имитирует собой ДНК, и «головы» (N-конец) — ее роль пока не ясна. Раньше ученые думали, что именно «хвост» помогает белку выбирать нужную мишень среди защитных систем бактерии. Однако новые исследования научной группы под руководством заведующего лабораторией молекулярной генетики МФТИ Ильи Манухова опровергли мнение о том, что такой белок должен обязательно быть крупным.
Оказалось, что самые короткие белки могут точно связываться со своими мишенями на ДНК. В МФТИ нашли и изучили два крошечных гена, похожих на ardA. Из-за их маленького размера (почти в два раза меньше обычных) их выделили в самостоятельные группы. Такие белки могут имитировать оба конца своего крупного родственника (N-конец или C-конец) и избирательно подавлять рестрикцию, что делает их особенно перспективными для решения практических задач.
ДНК-мимикрирующие белки могут быть полезны в медицине — для диагностики и лечения, например путем ингибирования определенных ферментов внутри клеток.
«Каноническая функция белков антирестрикции заключается в поддержании чужеродной ДНК в клетке путем блокировки ее систем защиты. Наша работа обобщает данные по ранее изученным антирестрикционным белкам и представляет наши новые результаты. Мы выявили беспрецедентно короткие антирестрикционные белки sArdA, относящиеся к двум новым семействам. Благодаря свойствам ДНК-миметиков эти белки открывают перспективы точной регуляции экспрессии генов. Такие инструменты обещают широкое применение в диагностике и терапии заболеваний, метаболической инженерии, а также синтетической биологии», — подчеркнула Анна Уткина, сотрудник лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
Обзор опубликован журнале «Генетика».
Telegram 
Дзен 
VK Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Ветер на спутнике Сатурна Титане способен поднимать огромные волны, даже если он очень слабый. Эти волны формируют берега, переносят осадки, перемешивают жидкости и даже влияют на климат луны. Изучая их, планетологи могут понять, как устроены потенциально обитаемые миры за пределами Земли.
За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Ученые продолжают исследовать фундаментальные частицы на неделимость. На этот раз на БАК исследовали кварки и не нашли у них признаков составной частицы.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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