Эволюция рибосомы: как менялась "операционная система жизни"

Новое исследование с беспрецедентной детализацией раскрыло эволюцию рибосомы — крупной молекулярной структуры, присутствующей в клетках всех видов.

Около 4 миллиардов лет назад первые молекулы жизни на ранней Земле образовали предшественников современных белков и RNA. Учёные, изучающие происхождение жизни, ищут подсказки о том, как происходили эти реакции. Некоторые из этих подсказок найдены в рибосоме.

Ядро рибосомы по сути одинаково во всех живых системах, в то время как внешние области расширяются и усложняются по мере роста сложности видов. В новом исследовании, "цифровым способом снимая" слои современных рибосом, учёные смоделировали структуры примитивных рибосом.

"История рибосомы рассказывает нам о происхождении жизни", — сказал Лорен Уильямс, профессор Школы химии и биохимии Технологического института Джорджии. — "Мы детально разобрали, как рибосома возникла и эволюционировала".

Исследование спонсировалось Институтом астробиологии NASA и Центром происхождения и эволюции рибосом в Georgia Tech. Результаты опубликованы 30 июня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как работает рибосома:

• Генетическая информация, хранящаяся в DNA, транскрибируется в mRNA, которая затем выходит из ядра клетки.
• Рибосомы во всех видах используют mRNA как чертёж для построения всех белков и ферментов, необходимых для жизни.
• Эта работа рибосомы называется трансляцией.

Общее ядро рибосомы по сути одинаково у людей, дрожжей, бактерий и архей — во всех живых системах. Команда Georgia Tech показала, что по мере эволюции и усложнения организмов усложняются и их рибосомы. У людей — самые крупные и сложные рибосомы. Но изменения происходят на поверхности — "сердце" человеческой рибосомы такое же, как у бактериальной.

"Система трансляции — это операционная система жизни, — сказал Уильямс. — В своей основе рибосома везде одинакова. Рибосома — это универсальная биология".

Метод исследования:

В новом исследовании Уильямс и научный сотрудник Антон Петров сравнили трёхмерные структуры рибосом из различных видов разной биологической сложности, включая людей, дрожжи, бактерии и археи.

Ключевое открытие:

Исследователи обнаружили в рибосомах отчётливые "отпечатки пальцев" — места, куда новые структуры добавлялись к поверхности рибосомы, не изменяя уже существующее ядро.

• Эти добавления вызывают "отпечатки вставки".
• Подобно тому, как ботаник может, срезая ветки и побеги на дереве, узнать о его росте и возрасте, Петров и Уильямс показали, как сегменты постоянно добавлялись к рибосоме, не меняя её основную структуру.
• Исследовательская группа экстраполировала этот процесс назад во времени, чтобы создать модели простых, первобытных рибосом.

"Мы узнали некоторые правила рибосомы: эволюция может изменять рибосому, пока не затрагивает её ядро, — сказал Уильямс. — Эволюция может добавлять элементы, но не может изменить то, что уже было".