Исследование впервые выявило у архей уникальное семейство белков, которое приостанавливает синтез белка и защищает рибосомы в условиях нехватки питательных веществ
Наука и космос044 минуты назад
Археи — третий домен жизни, наряду с бактериями и эукариотами [но эволюционно ближе к людям], — до сих пор оставались загадкой в понимании того, как они способны переводить свои рибосомы в обратимый анабиоз и переживать длительные периоды без пищи. Молекулярные механизмы, которые обратимо отключают рибосомы, уже давно известны у бактерий и в клетках животных и растений; это не состояние сна, как у животных с нервной системой, а именно клеточная гибернация — механизм, позволяющий жизни справляться с голодом, холодом или недостатком энергии, при этом отключая наиболее затратный процесс — синтез белка, и одновременно защищая «фабрики» от самопереваривания.
Ранее такие системы «консервации» рибосом обнаруживались только у бактерий и в наших клетках (эукариотах). Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые демонстрирует наличие у архей собственного семейства белков, выполняющих ту же функцию. Поскольку археи являются «чемпионами по выживанию в условиях высоких температур, кислотности и под землёй», изучение их «режима ожидания» помогает лучше понять основные принципы того, как жизнь справляется с экстремальными обстоятельствами.
Группа учёных исследовала метаногенную архею Methanosarcina acetivorans — организм, производящий метан и обитающий в анаэробных средах. При дефиците питательных веществ этот микроб активирует экспрессию четырёх ранее неизвестных белков, объединённых в один генетический кластер. Два из них связываются с большой субъединицей рибосомы и блокируют центр сборки белковой цепи, в то время как остальные два присоединяются к малой субъединице и перекрывают каналы для входа матричной РНК. В результате рибосома оказывается в неактивной, но защищённой конфигурации: она не производит белок, не расходует энергию и — что особенно важно — её РНК не разрушается клеточными нуклеазами.
Эксперимент с нокаутом генов подтвердил, что данный механизм функционирует как система выживания, а не как регулятор роста. Мутантные клетки, лишённые этих белков, развивались в обычных условиях так же, как контрольные, но после 28 дней голодания восстанавливались на 32% медленнее. Лаг-фаза — время от посева до начала деления — увеличилась с 56 до 74 часов. При этом в мутантных клетках наблюдалась почти полная деградация зрелой 16S рибосомной РНК и утрата 30S субъединиц. РНК-секвенирование показало снижение покрытия рибосомных транскриптов на треть.
Таким образом, белки не только блокируют синтез белка, но и физически защищают наиболее уязвимые участки рибосомы, предотвращая доступ разрушительных ферментов.
Авторы исследовали геномы почти 7 тысяч видов архей и обнаружили, что гены этих белков присутствуют у 23% из них, а вместе с другими факторами, способствующими гибернации, охватывают до 65% всех архейных геномов. Консервативность белковых интерфейсов у видов, сохранивших полный набор, указывает на древнее происхождение системы — она существовала уже у последнего общего предка архей.
Это открытие заполняет важный пробел в понимании того, как три домена жизни независимо разработали схожую стратегию: в критические моменты отключать наиболее затратную молекулярную машину и сохранять её до лучших времён. Для прикладной биологии это открывает новую цель для воздействия на метаногенные археи в биотехнологии и экологии, а для фундаментальной науки — ещё одно доказательство того, что способность к клеточной гибернации является универсальным и древним свойством жизни на Земле.
Darth SaharaИсточники:Nature CommunicationsНаука и космос0ЭволюцияЭкстремофилыАрхеиКлеточная гибернацияРибосомыАнабиоз44 минуты назад
Источник