Бактерии могут использовать придуманные человеком белки — Naked Science
7 минут
Редакция

Бактерии могут использовать придуманные человеком белки

Обычную бактерию заставили использовать в своем метаболизме белок, не встречающийся в природе. Оказалось, что это возможно.

1gzx_haemoglobin1
©Wikipedia

Белки — группа органических соединений, количество членов которой пока неизвестно. Ясно только, что их очень много. Сейчас международный Protein Data Bank содержит информацию о 120 тысячах разных белков, и их количество продолжает расти. В этом нет ничего удивительного, если вспомнить, что 22 протеиногенные аминокислоты в молекуле, состоящей всего из сотни таких «кирпичиков» (а это очень небольшой белок), могут быть расположены примерно в 10130 различных сочетаниях. Добавим к этому возможные «развилки» во вторичной, третичной и четвертичной структурах — и получим необъятное море. Можно думать, что для построения всех возможных соединений, хотя бы по одной молекуле, не хватит вещества Вселенной, а может быть, белков больше, чем атомов в ней. Ясно только, что живая природа использует не все это многообразие, но лишь очень небольшую часть.

 

А что будет, если заставить природный объект производить и использовать белки, в природе не встречающиеся? Этим вопросом задался биохимик Принстонского университета Майкл Хехт (Michael Hecht), одной из областей научных интересов которого является синтетическая биология — создание жизни с нуля методами современной генной инженерии.

 

Для эксперимента он выбрал молекулу в форме четырехспирального пучка (four-helix bundle), напоминающую четырехпалую кисть с плотно сжатыми пальцами. Чтобы получить такую структуру, Хехт особым образом расположил в белковой цепочке случайно выбранные гидрофобные и гидрофильные аминокислоты. Делал он это простым подбором, повторяя процедуру раз за разом, пока не получил желаемую «конструкцию». Такая концепция дала Хехту возможность получить 1,5×106 вариантов возможных псевдослучайных белковых молекул.

 

Главный герой новости — бактерии кишечной палочки при большом увеличении

 

Для полученных белков синтезировали кодирующие их молекулы ДНК. Чтобы проверить биологическую функциональность новых белков, ДНК ввели бактериям E. coli, у которых отсутствовал один из генов и, следовательно, кодируемый им белок. В каждом случае — всего изъятию по очереди подвергались 80 генов — удаленный фрагмент генома отвечал за синтез жизненно важного фермента (например, фосфосеринфосфатазы, участвующей в синтезе аминокислоты серина, или энтерохелинэстеразы, отвечающей в бактериальной клетке за ассимиляцию железа). Цель эксперимента состояла в том, чтобы проверить, будет ли введенный псевдослучайный белок участвовать в жизни бактерии вместо удаленного.

 

В большинстве случаев этого предсказуемо не происходило. «Приобретение» оказывалось бесполезным, и бактерия умирала. Но для четырех из восьмидесяти генов по крайней мере один новый белок (а в одном случае — несколько сотен белков) оказался адекватной заменой. Точнее, почти заменой: ни один из них не становился катализатором тех же реакций взамен «ушедшего». Вместо этого они повышали экспрессию генов других, родственных ферментов со смешанной активностью, чтобы те могли взять на себя роль отсутствующего белка.

 

В последнем эксперименте 2017 года Хехт обнаружил по крайней мере один новый белок, который действует как фермент, катализируя химическую реакцию, необходимую для получения аминокислоты серина. Об этом химик из Принстона рассказал на прошедшей 24–28 апреля в Месе (Аризона) Научной конференции по астробиологии. Жизнь, даже если она исключительно белковая, может оказаться разнообразнее, чем мы думаем.

 

Сделанное открытие, безусловно, расширяет инструментарий специалистов по синтетической биологии. Главная проблема, которая встает в связи с этим, — предсказание функций синтетических белков в организме. Хехт действовал, в сущности, вслепую, просто перебирая варианты. Но для науки наших дней это слишком расточительно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 21:19
5 минут
Мария Кривоченко

Попав в пасть лягушки, жуки обычно погибают. Хотя земноводные не могут перемолоть их зубами, как это делают млекопитающие, желудочный сок разъедает большинство насекомых. Однако водолюбы смогли выжить и выбраться наружу через кишечник без повреждений.

6 часов назад
5 минут
Денис Гордеев

Объект K2-25b практически полностью состоит из ядра, а его газовая оболочка очень тонкая. Как так получилось — загадка для ученых.

8 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

Компания SpaceX запустила демонстратор технологий корабля Starship с техасского космодрома в деревне Бока-Чика. Аппарат поднялся на 150 метров и приземлился в другой части тестовой площадки.

Позавчера, 09:31
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

2 августа
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 20:00 (мск), должен состояться 150-метровый «прыжок» демонстратора технологий космического корабля Starship. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

2 августа
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: