Что мы можем узнать из белков динозавров?
ДНК привлекает все внимание, но именно белки выполняют работу. Недавнее подтверждение возможности извлечения белков — которые кодируются ДНК и выполняют все функции, поддерживающие жизнь в клетках — из костей динозавров возрастом 80 миллионов лет дало пищу для размышлений над большими вопросами: от эволюции до биоматериалов и внеземной жизни.
Мэри Швайцер, PhD, профессор биологии Университета штата Северная Каролина, представит свою работу по совершенствованию методов извлечения и ответственного использования белков динозавров на ежегодном собрании Американской ассоциации анатомов в рамках встречи Experimental Biology 2017.
Почему белки важны?
«Когда вы задумываетесь, именно послание ДНК — белки — является тем материалом, на котором работает естественный отбор», — сказала Швайцер. Последовательности белков, как и ДНК, можно использовать для построения «родословных деревьев» организмов. Но модификации белков, которых нет в ДНК и которые нельзя надежно предсказать по ее последовательности, могут рассказать о функции белка, поскольку она определяется его 3-D структурой.
Например, если вы находите аминокислоту пролин с присоединенной дополнительной OH-группой (кислород + водород), можно быть почти уверенным, что это коллаген — вещество, связывающее кожу и другие соединительные ткани в организме. С точки зрения функции и эволюционной приспособленности изменения ДНК со временем не имеют значения, если не меняется белок. Поэтому изучение изменений белков во времени может дать более богатую информацию об эволюции, чем изучение одной лишь ДНК.
Преимущества и стабильность белков
Белки также могут давать подсказки о возрасте образца или среде, в которой жило или было погребено животное. Исследователи стремятся понять, почему одни белки распадаются, а другие сохраняются целые эпохи. Удобно, что Швайцер и другие обнаружили, что белки (по крайней мере, некоторые их типы) с большей вероятностью остаются стабильными в течение десятков миллионов лет, чем ДНК, что делает их легкой добычей для извлечения новой информации из старых костей.
Новые направления исследований
Теперь, когда она и ее коллеги неоднократно продемонстрировали возможность извлечения белков из костей динозавров, Швайцер сосредотачивается на новых направлениях.
Совершенствование методов: Основное внимание уделяется улучшению методов изучения древних белков, чтобы палеонтологи могли получать больше информации, нанося меньший ущерб образцам. Масс-спектрометрия, центральная в текущих методах ее команды, требует много времени и неизбежно разрушает образец. Поэтому команда работает над созданием базы данных методов и критериев, которые другие исследователи смогут использовать для получения максимальной информации из других окаменелостей и оптимизации применения масс-спектрометрии, когда это действительно оправдано. Также ведутся работы по расширению поиска белков на различные ткани динозавров, образцы и среды.
Расшифровка информации: Вторая область — изучение того, что именно белки могут рассказать об организме, который их произвел. Например, могут ли они раскрыть больше о физиологии животного, а не только об эволюционных связях? Могут ли они рассказать больше о функциях не только белков, но и тканей, которые они составляют? Что насчет репродуктивного поведения? Или, возможно, белки можно использовать для уточнения времени появления различных эволюционных новшеств в разные периоды истории Земли.
Значение для настоящего и будущего
Палеонтологи, конечно, интересуются, какой была жизнь в эпоху динозавров, но Швайцер считает, что это исследование также может иметь значение для нашего времени и даже будущего.
- Поскольку динозавры пережили многочисленные периоды глобальных изменений, возможно, мы можем чему-то научиться на их молекулярном ответе на эти сдвиги, сталкиваясь с собственными глобальными изменениями.
- Понимание того, что заставляет одни белки быстро разрушаться, а другие сохраняться неопределенно долго, может помочь исследователям найти новые возможности в разработке лекарств или создании биоматериалов.
- «У нас есть прозрачные, гибкие, полые полимеры, которые просуществовали 80 миллионов лет, — отметила Швайцер. — Кто-то наверняка сможет найти им применение!»
Она также отметила, что совершенствование методов извлечения белков из древних костей может даже пригодиться в поисках внеземной жизни. В конце концов, просеивание костей, погребенных в отложениях Монтаны, в поисках ничтожно малых фрагментированных биомолекул может быть не так уж и отличается от просеивания отложений Марса в поисках признаков жизни.