Открыты гены гигантских белков — тайное оружие бактерий-хищников

Всё началось с того, что биолог Джейкоб Уэст-Робертс искал в базах данных микробной ДНК что-нибудь крупное. Он обрадовался, обнаружив ген, кодирующий белок из 1800 аминокислот – уже неплохо! Но его научный руководитель, Джиллиан Бэнфилд, лишь улыбнулась: «Вы ещё не видели по-настоящему больших». И показала ему белки длиной свыше 30 000 аминокислот.

Это был только старт. В итоге команда вышла на абсолютного рекордсмена – потенциальный белок размером в 85 000 аминокислот. Предполагается, что эти молекулярные Голиафы помогают микроорганизмам-хищникам ловить и поедать своих соседей. Настоящая «Одиссея» в микромире.

Долгое время титул самого большого белка в мире держал титин из мышечной ткани – около 35 000 аминокислот. Но новое открытие может его сместить. Правда, есть нюанс: выводы пока сделаны на основе анализа генов и компьютерного моделирования структур. Возможно, в живой клетке этот гигантский «меч» сразу же разбирается на удобные фрагменты, и каждый делает своё дело. Кто знает?

Тайные гиганты

Серьёзно о гигантских белках не писали с 2008 года. Чтобы обновить картину, Уэст-Робертс прочесал публичные базы геномов и новые данные из окружающей среды. И что выяснилось? Эти монстры особенно любят бактерии типа Omnitrophota (омнитрофота). Их впервые нашли в термальных источниках Йеллоустона, а теперь встречают повсюду.

Исследователи нашли у омнитрофот 46 генов, которые кодируют белки длиннее 30 000 аминокислот. Абсолютный чемпион с его 85 804 «кирпичиками» живёт в бактерии из… обычных сточных вод. Вот уж где скрываются сокровища!

Несмотря на широкую распространённость, омнитрофоты остаются загадкой. Их крайне сложно вырастить в лаборатории, поэтому учёные многое узнают лишь по обрывкам ДНК. Но в прошлом году немецкой группе под руководством Йенса Хардера удалось прорыв. В старых образцах сточных вод они наконец-то обнаружили живые клетки омнитрофот – крошечные даже для микробов.

Секвенирование их генома выявило ген, кодирующий белок длиной около 40 000 аминокислот. Более того, фрагменты этого белка нашли при биохимическом анализе. А на электронных микрофотографиях, возможно, запечатлён сам момент атаки: как омнитрофота нападает и пожирает другую бактерию или архею. Настоящий документальный триллер под микроскопом.

Белковые хищники

Что же удалось выяснить о функциях этих гигантов? Многие из них, судя по структуре, многократно пронизывают клеточную мембрану. Учёные предполагают, что бактерии используют их как своего рода гарпун или сеть – чтобы схватить жертву и разрушить её клеточную стенку.

Чтобы представить, как это может выглядеть, команда смоделировала структуры фрагментов гигантских белков. Прогнозы выявили множество участков для связывания с клеточной стенкой, но также показали нечто совершенно новое – длинную трубчатую структуру, похожую на полую иглу. Возможно, это и есть то самое орудие, которым микроб прикрепляется к добыче, чтобы затем её поглотить.

Особенно поразительно, что такие огромные белки встречаются у омнитрофот – одних из самых мелких микробов. Это как если бы муравей носил при себе катапульту. Биоинформатик Олег Рева согласен с выводом коллег: похоже, мы нашли «сложное оружие, которым владеют миниатюрные охотники».

Реальное существование

Но самый главный вопрос остаётся: а существуют ли эти белки-гиганты в клетках в своём полном, монолитном виде? Пока прямых доказательств нет. Как отмечает Йенс Хардер, его команда обнаружила лишь фрагменты огромного белка.

Одна из правдоподобных версий такова: клетка синтезирует этого молекулярного «Голиафа», а затем специальные ферменты-пептидазы немедленно разрезают его на множество «Давидов» – более мелких и функциональных белков. Это как собрать многофункциональный швейцарский нож, а потом разобрать его на отдельные инструменты.

Чтобы получить окончательные ответы, учёным нужно научиться уверенно выращивать этих загадочных хищников в лаборатории. Пока это удалось лишь одной группе, и процесс невероятно сложен. Так что тайна белковых гигантов по-прежнему ждёт своих исследователей. Кто знает, какие ещё сюрпризы приготовил нам невидимый микромир?