​Коллективу российских ученых удалось продвинуться в понимании механизмов работы архей Geoglobus acetivorans, обитающих в гидротермальных источниках на дне мирового океана. Работа опубликована в  журнале Extremophiles.

Археи являются одними из древнейших живых организмов, существующих на Земле. Это одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра. Архей особенно много в океанах, вероятно планктонные археи — самая многочисленная группа ныне живущих организмов. Они играют роль в круговоротах углерода и азота и признаны важной составляющей жизни на Земле. Многие их них живут в экстремальных условиях обитания, при высокой температуре или повышенной солености (в гейзерах, вулканических котлах, горячих источниках), при которых другие организмы жить не могут. Изучение архей представляет большой интерес как для фундаментальной науки, так и для развития биотехнологий. Они применяются, например, в производстве безлактозного молока и молочной сыворотки на технологическом этапе, где температура выше 100 °С.

Несмотря на то, что археи имеют свою длинную эволюционную историю, в их составе есть множество белков, функционально похожих на те, которыми обладают белки других доменов жизни (бактерий и эукариот). Сравнение таких белков из организмов, принадлежащих разным организмам с разной эволюционной историей, дает важный материал для понимания процессов эволюции.  Изучение факторов, определяющих высокую термостабильность архей, может иметь широкое применение для повышения эффективности биотехнологических процессов.

Биофизики взяли для исследования архею, выделенную из гидротермального образца, собранного в самом глубоководном из известных гидротермальных полей Мирового океана, поле Ашадзе на Среднем Атлантическом хребте, на глубине 4100 м.

Ученые исследовали белок изопренил дифосфатная синтаза GACE1337. Этот белок играет большую роль в развитии микроорганизма, он катализирует процесс сборки углеводородных цепочек (изопреноидов) из коротких фрагментов. А изопреноиды уже являются "строительным материалом". Они дальше используются как кирпичики в клеточных мембранах, а также для строительства множества важнейших молекул, имеющихся в живых организмах, например, стероидов, хинонов, каротеноидов и др. Такие ферменты присутствуют в организмах всех доменов жизни. Спецификой изучаемого учеными белка являлась способность функционирование при высоких температурах (60-70° С). Эксперимент показал, что кроме этого, он обладает и еще одной редкой способностью - синтезировать на выходе цепочки двух разных длин (из 20-ти и 15-атомов углерода).

Рассказывает Татьяна Петрова, старший научный сотрудник Лаборатории кристаллографии макромолекул Института математических проблем биологии: «Большинство аналогичных ферментов катализирует изопреноиды строго определённой длины. Мы, наряду с проведением биохимических экспериментов по изучению функций белка GACE1337, определили его пространственную структуру методами рентгеноструктурного анализа. Анализ и сравнение структуры белка GACE1337 с известными ранее подобными структурами как из архей, так и из бактерий, позволили понять, какие именно аминокислотные остатки в структуре белка, играют определяющую роль при регулировании длины производимого изопреноида».

Это оказались три аминокислотных остатка, два Phe и Tyr, расположенные в гидрофобной щели в центре молекулы фермента (см рисунок). Идентификация этих остатков не только позволила продвинуться в понимании механизма ферментативной реакции, но также может иметь практическое применение в производстве, при биокатализе изопреноидных соединений.

 
Область центральной гидрофобной щели белка GACE1337. Аминокислотные остатки Phe76, Tyr113 и Phe117, принадлежащие двум одинаковым субединицам, формирующим молекулу фермента, предположительно играют определяющую роль для формирования продукта реакции, ограничивая длину синтезируемой цепочки.  Красным показано продолжение цепочки, наблюдаемое в некоторых других близких ферментах, невозможное в случае  GACE1337, поскольку ему препятствуют большие аминокислотные остатки Phe76, Tyr113 и Phe117 обеих субъединиц, перекрывающих щель 
 

Область центральной гидрофобной щели белка GACE1337. Аминокислотные остатки Phe76, Tyr113 и Phe117, принадлежащие двум одинаковым субединицам, формирующим молекулу фермента, предположительно играют определяющую роль для формирования продукта реакции, ограничивая длину синтезируемой цепочки. Красным показано продолжение цепочки, наблюдаемое в некоторых других близких ферментах, невозможное в случае GACE1337, поскольку ему препятствуют большие аминокислотные остатки Phe76, Tyr113 и Phe117 обеих субъединиц, перекрывающих щель

 

В работе принимали участие ученые из Института математических проблем биологии (филиал Института прикладной математики им. М.В.Келдыша), Института биохимии им. А.Н. Баха (“Фундаментальные основы Биотехнологии”), НИЦ  Курчатовского института, Института Органической химии им. Зелинского вместе с  коллегам из Университета Эксетера (Великобритания)

Работа была поддержана Российским научным фондом, Российским фондом фундаментальных исследований,  проектом ЭРА-IB THERMOGENE ЕС, Российским фондом содействия малым инновационным предприятиям и Федеральным космическим агентством России.

 

Источники

Биофизики изучили еще один кирпичик жизни
Научная Россия (scientificrussia.ru), 01/11/2018

Похожие новости

  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1345
  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    1723
  • 09/04/2021

    Инновационный новосибирский тест на COVID-19 по дыханию представили на крупной выставке в Москве

    ​Учёные ведущих вузов России и эксперты экспортного центра оценили устройство новосибирских разработчиков, позволяющее сдать тест на коронавирус по дыханию.  Разработанный учёными Института автоматики и электрометрии СО РАН и компании «Сайнтификкоин» газоанализатор HEALTHMONITOR, позволяющий сдать тест на COVID-19 по дыханию, представили на международной выставке «Фотоника.
    609
  • 27/08/2021

    Алтайские учёные работают над крупными научными проектами

    Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук в 2021 году начал выполнение 5 новых научных проектов в рамках государственного задания:  «Изучение механизмов природных и антропогенных изменений количества и качества водных ресурсов Сибири с использованием гидрологических моделей и информационных технологий»,  «Природные и природно-хозяйственные системы Сибири в условиях современных вызовов: диагностика состояний, адаптивные возможности, потенциал экосистемных услуг»,  «Исследование разнообразия и структурно-функциональной организации водных экосистем для сохранения и рационального использования водных и биологических ресурсов Западной Сибири»,   «Оценка эколого-биогеохимической обстановки в речных бассейнах Сибири в условиях изменения климата и антропогенного воздействия»,  «Оценка сезонных особенностей атмосферного поступления и последующего распределения загрязняющих веществ на водосборной площади ключевых участков бассейна Оби в зависимости от природно-климатических условий».
    1211
  • 27/08/2021

    Биогумус из опилок поможет лесовосстановлению в Приангарье

    Отходы лесопиления - проблема из проблем. Их много, а сжигать или отправлять на свалку - вредно для экологии. Национальная ассоциация лесопромышленников «Русский лес» из отходов производства изготавливает паллеты и брикеты, часть щепы также отправляется на котельные Усть-Кута.
    781
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    3257
  • 25/03/2021

    РФФИ и Китай поддержат создание препаратов на основе «Триазавирина»

    Российский фонд фундаментальных исследований и Государственный фонд естественных наук Китая поддержат создание препаратов от коронавируса на основе «Триазавирина». Группа ученых под руководством профессора кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ, директора Института органического синтеза им.
    437
  • 29/03/2021

    Как ядерная физика помогает лечить рак и раскрывать тайны мироустройства

    Институт ядерной физики имени Будкера. Коллайдер ВЭПП - 2000 для современных учёных - как библия - раскрывает тайны мироустройства. Здесь изучают физику элементарных частиц и космологию. Таких коллайдеров в мире 7.
    417
  • 30/03/2021

    Фундаментальное сотрудничество: 65 лет Объединенному институту ядерных исследований

    ​Научно-популярный электронный журнал «Научная Россия», выпустил к 65-летию ОИЯИ цикл интервью с руководителями Объединенного института. Первым вышло интервью с научным руководителем ОИЯИ академиком РАН Виктором Матвеевым.
    470
  • 17/05/2019

    Ученые РФ и США научились менять 3D-геном для подавления генов, вызывающих опухоли

    ​Международная группа ученых нашла способ изменить пространственную организацию генома (3D-геном) для подавления образующих рак генов. Научная работа открывает новые возможности в создании лекарств для лечения онкологических заболеваний посредством изменения работы генов, пресс-служба Российского научного фонда, грантами которого на разных этапах было поддержано исследование.
    2047