Ученые переключают молекулярные "выключатели" на строительных блоках жизни

Исследователи из Йеля расширяют понимание того, как бактерии продолжают эволюционировать и адаптироваться на молекулярном уровне.

Внеся одно изменение в сложную цепь РНК — молекулы, необходимые для кодирования, декодирования, регуляции и экспрессии генов — ученые изменили способ ее сворачивания, полностью переключив распознаваемый ею сигнал из окружающей среды.

"Мы знаем, что бактерии используют крошечные "рибопереключатели" (riboswitches), чтобы связывать важные малые молекулы и быстро реагировать на свою среду. Они делают это очень специфично, распознавая одну молекулу среди других", — сказал Эндрю Кнаппенбергер. "Это как если бы у вас была одна любимая еда, и вы не хотели бы есть что-либо еще".

В статье в журнале eLife исследователи использовали рентгеноструктурный анализ (X-ray crystallography), чтобы описать трехмерную структуру рибопереключателя, распознающего молекулу фосфорибозилпирофосфата (phosphoribosyl pyrophosphate, PRPP). PRPP — это важный строительный блок для всех организмов, несущий несколько отрицательных зарядов.

Мутировав один нуклеотид в области РНК под названием "S-поворот" (S-turn), авторы получили вариант, который связывается с другой молекулой — гуанозинтетрафосфатом (guanosine tetraphosphate, ppGpp). Эта молекула действует как сигнал бедствия, помогая бактериям реагировать на различные неблагоприятные условия.

В полученном учеными варианте характерная S-образная форма мутировавшей области исчезла, а ppGpp заменяет единственный мутировавший нуклеотид. Это показывает, что РНК способна быстро эволюционировать, чтобы взять на себя новую роль, благодаря всего одному изменению.

"Молекулы эволюционируют так же, как организмы — они происходят от общих предков. Чем больше мы узнаем об этих РНК, контролирующих основные, жизненно важные процессы, тем лучше понимаем, как бактерии живут и реагируют на окружающую среду", — сказала Кэролайн Райс. "Это влияет и на нашу жизнь".