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.
21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

Вчера, 10:07
6 минут
Сергей Васильев

Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.

Вчера, 16:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению американского предпринимателя, современные технологии позволяют строить безопасные атомные электростанции. Предубеждение общественности не должно становиться преградой на пути развития сферы.

21 июля
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: