|
| |||||||||||||||||||||
Обратите внимание!
Эта работа опубликована в номинации «лучшее новостное сообщение» конкурса «био/мол/текст»-2015.Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon. Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science. Трудности переводаАрхеи, удостоенные чести быть выделенными в отдельный домен наряду с бактериями и эукариотами [1], не перестают удивлять ученых. Казалось бы, что еще: необычная структура биомембран, способность к существованию в горячих (щелочных, соленых — нужное подчеркнуть) источниках и водоемах* [2], разнообразие типов строения клеточной стенки вплоть до ее отсутствия (рис. 1) [3]? На первый взгляд, вся «экзотика» уже известна. Но так только кажется.
* — Значительный, если не определяющий, вклад
в выживаемость архей в широком спектре условий (вплоть до экстремальных)
внесли их уникальные мембраны, характеризующиеся высокой плотностью
упаковки, отсутствием фазового перехода в широком диапазоне температур,
низкой проницаемостью для воды и ионов и т.д. А для поддержания такой
исключительной мембранной кондиции археям нужно было выбрать
«правильные» липиды: «Прочные, но гибкие: молекулярная динамика объясняет уникальность биомембран архей» [4]. — Ред.
 Рисунок 1. Варианты строения клеточной стенки у разных архей.
Клеточные стенки архей чрезвычайно разнообразны как по структуре, так
и по химическому составу. Характерной поверхностной структурой является S-слой (SL) — своего рода «покрывало» из гликопротеинов, заякоренных в мембране клеток (СМ). У некоторых архей S-слой может дополняться еще одним белковым слоем (PS) — как у Methanospirillum — или отсутствовать. Крайний случай — наличие второй, наружной, мембраны (ОСМ) — как у персонажа этой статьи. Прочие сокращения: GC — гликокаликс; GG — глутаминилгликан; HP — гетерополисахарид; LP — липогликан; MC — метанохондроитин; PM — псевдомуреин. Рисунок из [3], с изменениями. Рисунок 2. Археи Ca. A. hamiconexum в составе биоплёнки. Клетки выглядят «опушёнными» из-за экзополисахаридного матрикса и многочисленных выростов — хамей. Изображение получено с помощью сканирующей электронной микроскопии. Рисунок из [12]. Рисунок 3. Микроструктура хамей Ca. A. hamiconexum. А — Скопления выростов, напоминающие ивовые ветви или водоросли. Заметны мельчайшие детали: «крючки» на концах хамей и «шипы». Б — Изображение выроста, полученное методом криоэлектронной томографии. В — 3D-структура, построенная на основе Б. Г — Подробная схема строения отдельного хамуса. Рисунок скомбинирован на основе изображений из [10, 11], с изменениями.Hami — не хами́ Рисунок 4. Хами, окрашенные флуоресцирующими антителами к их основному белку. Выросты выглядят оранжевыми на фоне окрашенных в синий цвет скоплений ДНК в клетках архей. Рисунок из [11].Само собой, напрашивался вывод об их структурной роли в формировании биоплёнок [12]. Действительно, плотно сомкнутые (рис. 3А) ряды «шиповатых», переплетенных подобно ветвям, фибрилл как нельзя лучше подходят на роль «цемента» для микробного сообщества. Но ученым такой вывод показался слишком простым. С помощью метагеномного анализа удалось выявить ген, кодирующий основной белок хамей. Раз знаем ген — знаем и аминокислотную последовательность белка. Теперь можно предсказать варианты укладки полипептидной цепи — в этом помогают системы MAFFT (анализ множества линейных последовательностей аминокислотных остатков) и PSIPRED (прогноз вторичной структуры) [13]. На этом уровне были выявлены ожидаемые сходства в строении белка хамей с компонентами S-слоев других архей (рис. 1) [11, 14]. А вот сравнение полученной структуры белка с имеющимися в базе данных pGenThreader позволило «сроднить» его с белками, и вовсе не встречающимися у архей. Два из них — регулятор транспорта гепарина у Bacteroides thetaiotaomicron и ксилоглюканаза Clostridium thermocellum — принадлежат бактериям, третий — белок человека, связывающийся с поврежденными участками ДНК. Если допустить, что третье совпадение случайно, то не обратить внимания на первые два нельзя. Ксилоглюканазы — ферменты, расщепляющие полисахариды клеточных стенок растений, — играют важную роль в преобразовании соединений углерода бактериями-редуцентами. Нельзя исключить, что хами могут участвовать в питании нашего «кандидата», осуществляя внеклеточное расщепление биополимеров [11]. Сапротрофам выделение экзоферментов свойственно, но вот белковые фибриллы с функцией фермента — это что-то новое! Сходство же с мембранным белком-транспортёром гепарина лишь подтвердило предположение о возможности происхождения хамей от мембранных белков, вероятно, приобретших в процессе эволюции способность к самосборке. С этой гипотезой согласуется и отсутствие у Ca. A. hamiconexum типичного для архей S-слоя, своеобразной заменой которому служит наружная мембрана. Архейная «паутина»Чем больше ученые узнавали о свойствах основного белка хамей, тем больше удивлялись (табл. 1). Известно, что Ca. A. hamiconexum обитает в среде с довольно постоянными условиями: на 35-метровой глубине, в слабокислой, насыщенной сероводородом воде при температуре не выше +10 °С, — однако в условиях опыта хами разрушались только в резко щелочных условиях, а температуру выдерживали и до +70 °С. Непонятно пока, почему у этих микроорганизмов осталась столь широкая свобода действий в деле приспособления к условиям окружающей среды — ведь их условия обитания несравнимы с горячими вулканическими источниками. Мимо этих моментов не прошли нанобиотехнологи, занятые поисками новых биоматериалов. Значительный «рабочий» диапазон температур и рН, в котором хами сохраняют свою структуру, биоразлагаемость, высокая чувствительность к трипсину — все эти свойства могут быть использованы в областях, связанных с хирургией, и особенно тех, где возможно применение врéменных имплантатов.
А что, если попытаться сделать то же самое с генами, ответственными за синтез субъединиц фибрилл Ca. A. hamiconexum? Авторы статьи [11] полагают, что благодаря такому подходу удастся получить «архейный шёлк», не уступающий по своим свойствам паутине, а в чём-то (например, в способности к образованию поперечных сцепок за счет необычной микроструктуры) даже превосходящий ее. Ведь не зря же всё-таки природа придумала и сами хами, и украшающие их «крючки» и «шипы». Литература
| |||||||||||||||||||||
вторник, 3 ноября 2015 г.
Археи «хамят» и помогают
