Обнаружен pH-зависимый «переключатель» во взаимодействии пары белковых молекул

Все биологические процессы в той или иной степени зависят от pH. Организмы нуждаются в поддержании специфического и постоянного уровня pH для нормального функционирования. Изменения pH могут иметь серьёзные биологические последствия — или серьёзные преимущества, как обнаружили исследователи из Института биоэнергетики и биотехнологических процессов Циндао (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS).

Результаты опубликованы 23 октября в журнале Science Advances.

Целлюлосомы — это внеклеточные комплексы, состоящие из множества ферментов, ассоциированных с поверхностью клетки. В структуре целлюлосомы белковые молекулы докерина и когезина стали объектом данного исследования.

«Целлюлосомы — это сложные наномашины в природе, имеющие большую ценность для производства биотоплива и биотехнологии. Данное исследование — пример сложности и разнообразия целлюлосом», — сказал автор исследования Фэн Инган, профессор группы метаболомики.

Ранее было показано, что изменения pH могут приводить к «включению-выключению» функций белков, многие из которых происходят естественным путём и необходимы для жизненных процессов. Биотехнологические инновации могут использовать это явление для разработки датчиков или переключателей на основе pH-зависимых биомолекул.

Новое открытие, касающееся сборки целлюлосом у бактерии Clostridium acetobutylicum, развивает эту перспективу, демонстрируя переключение между двумя функциональными сайтами, а не просто режим «вкл/выкл». Это открывает дополнительные возможности.

«Наше исследование не только раскрыло элегантный пример биологической регуляции, но и предоставляет новый подход для разработки pH-зависимых белковых устройств и биоматериалов для биотехнологического применения», — сказал Фэн.

Исследователи обнаружили, что изменение pH с 4.8 до 7.5 приводит к тому, что сайты связывания когезина на молекуле докерина переключаются с одного сайта на другой. Такой тип переключения между двумя функциональными сайтами ранее не отмечался ни для одного взаимодействия белков.

Для описания особенностей этого взаимодействия использовались ядерный магнитный резонанс (NMR) и изотермическая титрационная калориметрия (ITC). Исследователи также отметили, что аффинность, или сила притяжения между молекулами, менялась вместе с pH. Это свойство считается необычным по сравнению с другими взаимодействиями когезин-докерин и пока уникально для бактерий C. acetobutylicum.

Это и подобные будущие открытия потенциально могут быть использованы для создания более сложных биологических переключателей в синтетической биологии и для дальнейшего развития биотехнологий.

«Далее мы продолжим изучать структуру и регуляцию целлюлосом, что может привести к интересным новым открытиям и новым стратегиям повышения эффективности производства биотоплива на основе лигноцеллюлозы», — сказал Фэн. «Наша конечная цель — способствовать устойчивой и экономичной биоконверсии лигноцеллюлозы и производству биоэнергии».