​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

  • 13/05/2019

    Новейший способ диагностики опухоли мозга в операционной

    ​Передовую систему диагностики злокачественных опухолей мозга во время операции разработали ученые Приволжского исследовательского медицинского университета и Института прикладной физики РАН. В основе метода лежит оптическая когерентная томография (ОКТ), которая широко применяется в офтальмологических обследованиях.
    214
  • 13/05/2019

    Ученые раскрыли новый механизм клеточной смерти

    Ученые раскрыли новый, ранее неизвестный механизм клеточной смерти. В ходе исследования реакции пшеницы на вредоносные инфекции биологи проследили, какие вещества активизируются в процессе самоуничтожения поврежденной клетки — апоптозе, — и открыли ранее неизвестный механизм его запуска.
    288
  • 27/08/2018

    Ученые раскрыли механизм работы связанных с раком и аутизмом белков

    ​Ученые определили роль нового семейства белков, связанных с раком и аутизмом. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Molecular Cell. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
    397
  • 21/12/2018

    Нейрофизиологи показали, как депрессия меняет реакцию на стресс

    ​Ученые выяснили, что умеренный стресс, малозначимый для здорового человека, при депрессии вызывает более сильную и продолжительную реакцию. Полученные данные помогут понять механизм развития болезни и разработать новые методы диагностики.
    813
  • 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.
    1351
  • 02/11/2017

    Четыре проекта СО РАН войдут в программу реиндустриализации экономики Новосибирской области

    ​Как сообщил газете «Континет Сибирь» заместитель губернатора Новосибирской области Анатолий Соболев, в настоящее время в правительстве рассматриваются четыре новых потенциальных «флагманских» проекта.
    832
  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    167
  • 27/11/2018

    Российские биологи расшифровали генетический «секрет» светящихся грибов

    ​Российские биологи идентифицировали все гены, ответственные за биолюминесценцию светящегося гриба. Воссоздание путей синтеза необходимых для этого компонентов — люциферазы и люциферина — в дрожжевых клетках заставило их излучать свет, видимый невооруженным глазом.
    1145
  • 15/11/2017

    Учёные обнаружили у нескольких морских существ вещества, способные уничтожать раковые клетки

    ​Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе со своими коллегами из Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), а также из ведущих онкологических клиник Германии и Швейцарии обнаружили в составе ряда морских организмов (гидробионтов) уникальные вещества, способные уничтожать опухолевые клетки.
    933
  • 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.
    415