Версия для слабовидящих
Несуществующий в природе белок спас мутантных бактерий Печать Email
Новости об инновациях
10.03.2016

Ученые продемонстрировали возможности поиска новых белков с заранее определенными функциями. Им удалось подобрать искусственную молекулу, которая восстановила синтез аминокислоты серина у бактерий, утерявших эту жизненно важную способность, — а затем выяснить, как она работает. Об исследовании авторы сообщают в журнале Proceedings of the National Academy of Science, о нем же рассказывает пресс-релиз Принстонского университета.

Новая статья увенчала многолетнюю серию работ, проведенных под руководством профессора-химика Майкла Хехта (Michael Hecht) и посвященных синтетической биологии. Главной целью этой сравнительно молодой области остается целенаправленное создание искусственных белков, способных выполнять заранее определенные функции в живых организмах и «в пробирке». Однако свойства и функции белков определяются их пространственной структурой и сочетанием 20-ти разных аминокислот в длинной — в сотни, а иногда и тысячи звеньев — цепочке. Это делает проектирование белков «с нуля» чрезвычайно сложной задачей.

Еще несколько лет назад Майкл Хехт и его коллеги провели поиск последовательностей аминокислот, способных формировать стабильную структуру из четырех спиралей. Не слишком сложная, она может служить основой для выполнения самых разных функций и весьма распространена в природе. Чтобы дополнительно упростить задачу, авторы учитывали лишь полярные или неполярные аминокислоты, которые вносят в формирование структуры белка главнейшую роль. Более того, моделирование не указывало на конкретную полярную или неполярную аминокислоту, и давало лишь подходящие их сочетания.

Искусственно разработанный фермент взял на себя функции поврежденного «естественного», изменив регуляцию бактериального генома. USDA / ARS / Wikimedia Commons

Впоследствии ученые синтезировали некоторые такие протеины, содержащие по 102 аминокислоты. Им удалось установить их структуру, подтвердив образование четырех противонаправленных альфа-спиралей. Было также показано, что многие из этих белков способны эффективно связывать небольшие молекулы (включая кофакторы) и даже могут катализировать простейшие реакции.

Вскоре авторы сумели продемонстрировать работу таких белков и в условиях живой клетки. Ученые вооружились штаммами кишечной палочки с нарушенным производством фермента SerB (фосфосеринфосфатазы), необходимого клетке для синтеза аминокислоты серина. Такие бактерии способны расти лишь на питательной среде, содержащей эту аминокислоту, но на среде с минимальным набором питательных веществ не выживают. Их ученые культивировали в среде без серина, но в присутствии различных из спроектированных ранее белков.

Так было отобрано несколько молекул, обеспечивающих мутантным штаммам жизнь в лишенной серина среде — и среди них белок SynSerB3, который стал объектом новой работы. На этот раз Хехт и его команда изучили механизм, дающий бактериям возможность вновь синтезировать серин. Вопреки первым предположениям, SynSerB3 не катализировал ту же реакцию, что и поврежденный «естественный» белок SerB — он оказался подходящим регулятором.

Как показали ученые, SynSerB3 существенно повышает экспрессию фермента HisB, вовлеченного в биосинтез другой аминокислоты — гистидина. Однако этот белок проявляет слабую активность и в проведении схожей реакции с фосфосерином, ведущей к образованию серина. При повышенной концентрации HisB этой активности становится достаточно, чтобы синтез этой аминокислоты оставался на приемлемом уровне, и клетка росла даже при полном ее отсутствии.

Теоретически, когда-нибудь такие работы позволят проектировать совершенно новые, не существующие в природе белки, способные решать многие нужные задачи эффективнее — или решать те, которые даже не по силам «естественным» белкам. Количество возможных комбинаций из 20 аминокислот даже в последовательности длиной 102 звена просто колоссальны, и эволюция могла опробовать далеко не все из них.

«Эволюция — оппортунистический процесс, — пишут авторы. — Столкнувшись с новыми условиями среды, организмы вынуждены адаптироваться, используя ограниченный набор стратегий, включая изменения в работе имеющихся белков или их регуляции».

По словам ученых, новая работа демонстрирует, что синтетическая биология и разработка белков «с нуля» позволяет отвечать на такие вызовы среды не хуже «естественной» эволюционной изменчивости.

Автор: Роман Фишман

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/nesushchestvuyushchii-v-prirode-belok-spas-mutantnykh-bakterii

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта