Учёные исследуют секреты природных молекулярных конвейеров

Две новые работы раскрывают детали работы высокоточных молекулярных "сборочных линий" — поликетидных синтаз, которые с лёгкостью создают сложные антибиотики и другие лекарственные вещества.

Остановка молекулярных "покачиваний"

В первом исследовании, опубликованном в Science, группа под руководством Чайтана Кхослы из Стэнфорда изучила модуль синтазы, производящей антибиотик эритромицин. Используя криогенную электронную микроскопию (cryo-EM) в лаборатории Wah Chiu, учёные смогли зафиксировать модуль в разных конформациях, соответствующих этапам сборки.

Ключевое открытие: пара ферментных "рук" в модуле работает несимметрично. Одна рука вытянута, а вторая согнута вниз. Исследователи предполагают, что согнутая рука действует как турникет, удерживая следующую молекулу в очереди, пока не завершится работа с текущей. Накопленная энергия согнутой руки, возможно, также помогает "вытолкнуть" готовую молекулу на следующий этап конвейера.

Рентгеновская кристаллография и cryo-EM в тандеме

Во втором исследовании команда под руководством Chu-Young Kim из Университета Техаса в Эль-Пасо и Irimpan Mathews из SLAC изучила модуль Lsd14. Этот модуль отвечает за сборку лазалозида А — ветеринарного антибиотика, продуцируемого бактерией Streptomyces lasalocidi.

Долгое время считалось, что такие модули похожи на "бусы на гибкой нити", по которым движется собираемая молекула. Однако рентгеноструктурный анализ, проведённый с использованием пяти различных лучей на Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), показал обратное: Lsd14 представляет собой сложную, высокоорганизованную и компактную белковую структуру.

Дополнительные исследования с помощью cryo-EM в Корнеллском университете позволили увидеть модуль в формах, которые не поддавались кристаллизации. Комбинация двух методов дала комплементарную структурную информацию.

Значение для будущего

Оба исследования приближают учёных к пониманию принципов работы природных молекулярных фабрик. Общая цель — научиться комбинировать части разных "сборочных линий" для создания новых полезных соединений, не встречающихся в природе. Работа — важный шаг в этом направлении, хотя для полного понимания процессов сборки эритромицина и лазалозида А потребуются дальнейшие исследования.