Ученые воссоздали древние ферменты, чтобы узнать условия жизни на ранней Земле

Исследователи из Колумбийского университета, Технологического института Джорджии и Университета Гранады впервые реконструировали активные ферменты вымерших организмов, существовавших четыре миллиарда лет назад. Измерив свойства этих ферментов, они смогли изучить условия, в которых жили вымершие организмы. Результаты проливают новый свет на то, как жизнь адаптировалась к изменениям окружающей среды от древней до современной Земли.

В исследовании, опубликованном в апрельском номере Nature Structural & Molecular Biology, ученые использовали огромные массивы генетических данных для компьютерной реконструкции генов вымерших видов — метод, известный как восстановление предковых последовательностей. Затем они пошли дальше и синтезировали белки, кодируемые этими генами. Фокус был на конкретном белке — тиоредоксине, жизненно важном ферменте, присутствующем во всех живых клетках.

Команда профессора Хулио Фернандеса провела детальный биофизический анализ реконструированных ферментов тиоредоксина с помощью атомно-силового микроскопа с разрешением на уровне одной молекулы.

«Учитывая древнее происхождение реконструированных ферментов тиоредоксина, некоторые из которых существовали до накопления атмосферного кислорода, мы ожидали, что их каталитическая химия будет простой, — сказал Фернандес. — Вместо этого мы обнаружили, что ферменты, существовавшие в докембрийскую эру до четырех миллиардов лет назад, обладали многими из тех же химических механизмов, что и их современные аналоги».

Дальнейшее изучение древних ферментов выявило поразительные особенности:

• Ферменты были высокоустойчивы к температуре.
• Они были активны в более кислых условиях.

Эти данные позволяют предположить, что организмы, содержавшие эти древние ферменты, процветали в очень жарких средах, которые с тех пор постепенно остыли, и жили в океанах, которые были более кислыми, чем сегодня.

«Воссоздавая белки, мы можем собрать ценную информацию об адаптации вымерших форм жизни к изменениям окружающей среды, которую невозможно получить при изучении ископаемых останков», — отметил эксперт по восстановлению предковых последовательностей Эрик Гоше.

Теперь исследователи планируют применить свою стратегию к другим ферментам, чтобы получить более четкую картину жизни на ранней Земле. Их работа также может найти применение в биотехнологии, где ферменты играют все возрастающую роль во многих промышленных процессах.

«Уникальные особенности, которые мы наблюдаем в древних ферментах, показывают, что наш метод можно адаптировать для создания улучшенных ферментов для широкого спектра применений, — сказал аспирант Паллав Косури. — Если мы научимся использовать эти вымершие свойства, мы потенциально сможем повысить эффективность химических процессов, таких как производство биотоплива».