У бактерий маленький геном означает серьёзную "расхламлённость" — даже в рибосоме

Исследователи из Сколтеха, МГУ и ИППИ РАН изучили геномы около 200 штаммов бактерий, чтобы определить, какие белки в рибосоме можно безопасно утратить и почему. Работа опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution.

Рибосома — универсальная клеточная машина, присутствующая у всех эукариот и прокариот, которая строит белки в процессе трансляции. Два основных компонента рибосомы, малая и большая субъединицы, состоят из молекул рибосомальной РНК (рРНК) и рибосомальных белков.

Состав этих фундаментальных "белковых фабрик" довольно постоянен, но есть свидетельства, что некоторые бактерии функционируют без полного набора рибосомальных белков. Учёные стремились определить, какие белки действительно необходимы для работы рибосомы.

Профессор Сколтеха Михаил Гельфанд и его коллеги проанализировали состав рибосомальных белков в 214 относительно небольших бактериальных геномах. Они выявили набор часто утрачиваемых белков и показали, что полностью консервативными были только девять рибосомальных белков, в то время как каждый из оставшихся 48 был утрачен хотя бы в одном штамме из набора данных.

"Крошечные геномы характерны для эндосимбионтов — бактерий, живущих внутри других бактерий или эукариотических клеток. В этой неизменной среде и при слабом отборе они склонны терять несущественные (даже если необходимые для свободноживущих бактерий) гены — подобно многоклеточным паразитам, которые часто утрачивают целые органы. Рибосома считалась наиболее консервативной органеллой со стандартным набором белков; но если у вас всего 121 ген — нынешний рекорд простоты у бактерий — вы не можете закодировать все пятьдесят с лишним рибосомальных белков, поэтому некоторые из них должны быть утрачены. Мы показали, что паттерны этой потери не случайны", — говорит профессор Гельфанд.

Оказалось, что белки малой субъединицы рибосомы сохранялись чаще, чем белки большой субъединицы. Наиболее часто утрачиваемые белки располагались на поверхности рибосомы, где они образовывали меньше контактов с другими компонентами рибосомы. Они также были включены в рибосому позже в эволюции, поэтому, похоже, бактерии склонны применять принцип "последним пришёл — первым ушёл" в отношении потери рибосомальных белков.

Исследователи также обнаружили, что три бактерии с самыми короткими геномами в группе потеряли наибольшее количество белков; наблюдалась корреляция между размером генома и числом сохранившихся рибосомальных белков. Однако, поскольку рибосомальные белки входят в основной набор инструментов клетки, они, как правило, одними из последних покидают уменьшающийся бактериальный геном.