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.
5 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Калифорнии нашелся новый объект, похожий на монолит из «Космической одиссеи». Ранее нечто похожее обнаружили в штате Юта и на территории Румынии.

Сегодня, 07:45
9 минут
Василий Парфенов

Среди всех уязвимостей, те, что не требуют каких-либо действий пользователя — пожалуй, самые опасные. При правильной организации атаки жертва даже не узнает о том, что его или ее взломали и как это было сделано. Сотрудник Project Zero, исследовательского подразделения Google, продемонстрировал реализацию подобных атак на iPhone.

Вчера, 18:44
9 минут
Мария Азарова

Российские граждане сами решат, хотят ли они ставить прививку: власти заверяют, что вакцинация будет добровольной и, кроме того, бесплатной.

30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

26 ноября
32 минуты
Илья Ведмеденко

Недавние события в Нагорном Карабахе показали, что победить в современной войне, не имея ударных беспилотников, сложно. Россия пока отстает от стран Запада, Китая, Израиля и даже Турции, но делает все возможное, чтобы сократить этот разрыв.

30 ноября
5 минут
Василий Парфенов

Пилотируемый глубоководный аппарат «Фэньдоучжэ» опустился на глубину 10 909 метров в Марианскую впадину. Во время этого погружения впервые осуществлялась прямая трансляция фото и видео на поверхность.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[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: