Древний белок возрастом 4 миллиарда лет защищает бактерии от вирусов
В эксперименте, доказывающем концепцию, белок возрастом 4 миллиарда лет, встроенный в современную E. coli, защитил бактерии от захвата бактериофагом. Древний белок — предковая форма тиоредоксина — был достаточно похож на современные аналоги, чтобы функционировать в E. coli, но достаточно отличался, чтобы фаг не мог использовать его в своих целях. Работа опубликована 9 мая в Cell Reports.
«Это гонка вооружений. Тиоредоксин менялся в ходе эволюции, чтобы избежать захвата вирусом, а вирус эволюционировал, чтобы захватить белок. Мы возвращаемся назад и разрушаем всю стратегию вируса», — говорит старший автор работы Хосе Санчес-Руис из Университета Гранады.
Лаборатория Санчес-Руиса специализируется на реконструкции древних генетических последовательностей, кодирующих белки. Исследователи выбрали тиоредоксин — универсальный белок, переносящий электроны для протекания химических реакций в клетке, — потому что он существует почти с момента зарождения жизни и присутствует во всех современных организмах.
Тиоредоксин — один из белков, которые бактериофаг должен рекрутировать для выживания и репликации. В серии экспериментов учёные протестировали семь реконструированных пратиоредоксинов возрастом от 1,5 до 4 миллиардов лет на способность функционировать в современной E. coli.
«Это было немного удивительно. Чем дальше мы уходим в прошлое, тем хуже они работают в современном организме. Но даже близко к истокам жизни они всё ещё проявляют некоторую функциональность», — говорит ведущий автор Асунсьон Дельгадо.
Однако предковые тиоредоксины были достаточно другими, чтобы современный фаг не мог их распознать или связаться с ними.
Воскрешение древних белков может быть полезно не только как научное любопытство. Авторы предполагают, что древние версии генов можно встроить в растения для защиты от вирусов, уничтожающих урожай. Эта идея ещё не тестировалась на растениях.
«Это было бы не как в "Парке Юрского периода". Это было бы сравнительно небольшое изменение в гене, который уже есть у растения», — поясняет Санчес-Руис.
Эксперименты по воскрешению белков также могут пролить свет на механизмы эволюции на белковом уровне.
«Мы можем позволить вирусу эволюционировать, чтобы адаптироваться к древнему белку, а затем провести эксперимент в обратном порядке. Это было бы что-то вроде молекулярной версии идеи Стивена Дж. Гулда о "перемотке плёнки жизни"», — говорит Санчес-Руис.
Следующие эксперименты будут сосредоточены на основах эволюции белков. Понимание и восстановление древних белков может стать ключевым ресурсом для биотехнологий.
«Некоторые люди думают, что эволюция — это просто теория или философское объяснение. Эволюционные исследования имеют практическое применение», — заключает Санчес-Руис.