Первый в истории "чертеж" минимальной клетки оказался сложнее, чем ожидалось
Ученые из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге и Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне впервые представили комплексную картину минимальной клетки. Исследование, опубликованное в трёх статьях в журнале Science, основано на детальном количественном анализе биологии бактерии Mycoplasma pneumoniae, вызывающей атипичную пневмонию.
M. pneumoniae была выбрана в качестве модели, потому что это один из самых маленьких прокариотов, способных к самостоятельному размножению вне клетки-хозяина. Учёные подошли к её изучению на трёх уровнях:
- Транскриптомика: идентифицированы все молекулы РНК (транскрипты), производимые из ДНК бактерии в различных условиях.
- Метаболомика: определены все метаболические реакции (метаболом).
- Протеомика: охарактеризована организация протеома — идентифицированы все мультибелковые комплексы.
Ключевые выводы:
- Неожиданная сложность. На всех трёх уровнях организация M. pneumoniae оказалась сложнее, чем предполагалось.
- Многофункциональность молекул. Метаболические ферменты часто катализируют несколько реакций, а белки участвуют более чем в одном белковом комплексе.
- Сопряжение процессов. Клеточные машины, участвующие в последовательных этапах биологического процесса, часто собраны вместе в пространстве и времени.
- Сходство с эукариотами. Регуляция транскриптома у этой бактерии оказалась ближе к эукариотам: многие транскрипты не транслируются в белки, а гены внутри оперонов могут экспрессироваться избирательно.
- Гибкость и адаптивность. Несмотря на маленький геном, бактерия демонстрирует высокую гибкость метаболизма и быстро приспосабливается к резким изменениям среды, что указывает на потенциал к быстрой эволюции.
По словам исследователей, эти общие с более сложными организмами черты представляют собой "необходимый минимум жизни" — те базовые принципы, которые оставались неизменными в течение миллионов лет эволюции.