Исследователи обнаружили, что микробиом человека производит тысячи крошечных новых белков

Ваше тело кишит триллионами бактерий. Сейчас появляется всё больше доказательств, что многие аспекты нашего здоровья тесно связаны с составом и жизнеспособностью этих микроскопических сожителей, хотя точные механизмы в основном неясны.

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета обнаружили, что микробиом человека производит десятки тысяч белков настолько малых размеров, что они оставались незамеченными в предыдущих исследованиях. Эти белки принадлежат к более чем 4000 новым биологическим семействам, которые, как предполагается, участвуют в различных процессах:

• Войне между различными штаммами бактерий за доминирование в биологических нишах.
• Межклеточной коммуникации между микробами и их хозяевами.
• Повседневных "хозяйственных" функциях, необходимых для жизнедеятельности бактерий.

Поскольку эти белки очень малы (менее 50 аминокислот в длину), они, вероятно, сворачиваются в уникальные формы, представляющие собой ранее не идентифицированные биологические строительные блоки. Если их формы и функции удастся воссоздать в лаборатории, это может продвинуть научное понимание влияния микробиома на здоровье человека и открыть путь к разработке новых лекарств.

Статья с результатами исследования будет опубликована 8 августа в журнале Cell. Старший автор — Ами Бхатт, доктор медицины и философии. Ведущий автор — постдокторант Хила Сберро.

«Слепое пятно»

«Крайне важно понять взаимодействие между человеческими клетками и микробиомом, — сказала Бхатт. — Как они общаются? Как бактериальные штаммы защищаются от других штаммов? Эти функции, вероятно, выполняют очень маленькие белки, которые с большей вероятностью, чем крупные, секретируются за пределы клетки».

Однако их миниатюрный размер затруднял идентификацию и изучение традиционными методами. «До сих пор мы систематически игнорировали их существование. Это было явное слепое пятно», — отметила Бхатт.

Большой сюрприз

Чтобы решить проблему, Сберро решила сравнить потенциальные гены, кодирующие малые белки, среди множества различных микробов и образцов. Она предположила, что гены, повторяющиеся у нескольких видов, с большей вероятностью являются истинными.

Применив этот анализ к большим наборам данных, она обнаружила не сотни ожидаемых генов, а десятки тысяч. Белки, которые, как предсказывалось, кодируются этими генами, можно было разделить на более чем 4000 родственных групп (семейств), вероятно, участвующих в ключевых биологических процессах.

«Честно говоря, мы не знали, чего ожидать. Тот факт, что она нашла тысячи новых семейств белков, определенно удивил нас всех», — сказала Бхатт.

Исследователи подтвердили, что гены кодируют настоящие белки, показав, что они транскрибируются в РНК и доставляются к рибосоме для трансляции — ключевые шаги в пути синтеза белка. Сейчас они работают над изучением функций этих белков и выявлением тех, которые могут быть важны для конкуренции бактерий в кишечнике. Такие белки могут стать основой для новых антибиотиков или лекарств.

«Малые белки могут синтезироваться быстро и использоваться бактериями в качестве биологических переключателей. Их также легче изучать и модифицировать, чем крупные белки, что может облегчить разработку лекарств. Мы ожидаем, что это станет ценной новой областью биологии для изучения», — заключила Бхатт.