Новый инструмент помогает идентифицировать ферменты и их количество в микробиомах

Исследователям, изучающим связь между здоровьем человека и триллионами микробов в пищеварительном тракте, сложность работы заключается в том, что функции подавляющего большинства белков в этом микробном сообществе — до 85% — остаются неизвестными. Многие из этих белков, вероятно, являются ферментами — биологическими катализаторами химических реакций.

Новый инструмент, разработанный профессором химии и химической биологии Эмили Балскус в сотрудничестве с профессором вычислительной биологии Кёртисом Хаттенхауэром, помогает точнее идентифицировать ферменты в микробиомах и оценивать их относительное количество. Исследование опубликовано 10 февраля в журнале Science.

"С помощью нашего метода... мы можем получить информацию о распределении и количестве ферментов с неизвестной активностью. Это инструмент, чтобы перейти от генов в микробиоме человека к новым микробным метаболическим активностям", — заявила Эмили Балскус.

Инструмент уже доказал свою пользу. С его помощью учёные впервые оценили, насколько распространён в здоровом микробиоме человека неохарактеризованный фермент из семейства глицил-радикальных ферментов — одного из самых многочисленных в кишечнике.

"Этот неохарактеризованный фермент был вторым по распространённости глицил-радикальным ферментом у каждого человека, чьи данные были секвенированы в рамках проекта «Микробиом человека». Его универсальное распределение указывало на важную функцию", — отметила Балскус.

Выяснилось, что фермент позволяет микробам метаболизировать аминокислоту 4-гидроксипролин — основной компонент коллагена, самого распространённого белка в организме человека. Это открытие объясняет, как микробы используют эту аминокислоту для роста в анаэробной среде кишечника.

Новый метод решает проблему различия между членами одного семейства ферментов, которые, имея сходные аминокислотные последовательности, часто катализируют разные химические реакции.

В будущем инструмент позволит:

• Идентифицировать и характеризовать новые ферменты для понимания метаболизма микробных сообществ.
• Проводить сравнительный анализ микробиомов здоровых людей и пациентов с различными заболеваниями.
• Выявлять ферменты, количество которых меняется при болезни, что может указать на новые терапевтические мишени.

"Я надеюсь, это станет важным шагом в решении огромной проблемы неохарактеризованных белков в микробных сообществах. Эти сообщества есть буквально повсюду на Земле!" — заключила Эмили Балскус.