Искусственный белок SynSerB помогает бактериям выжить, открывая новые пути для адаптации жизни

Исследователи из Принстонского университета выяснили, как синтетический белок SynSerB позволяет выживать клеткам E. coli, лишённым жизненно важного гена SerB. Это даёт представление о том, как жизнь может адаптироваться и потенциально быть "переизобретена" в лаборатории.

Ключевое открытие

• Белок SynSerB, не существовавший в природе, спасает клетки E. coli, у которых удалён ген SerB. Этот ген кодирует фермент, ответственный за последний этап производства незаменимой аминокислоты серина.
• Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Контекст и метод

• Группа профессора Майкла Хехта (Michael Hecht) впервые обнаружила способность SynSerB "спасать" клетки ещё в 2011 году, наряду с другими de novo белками.
• Для поиска функциональных не-природных белков лаборатория создала библиотеку из около миллиона белков, каждый длиной 102 аминокислоты.
• Дизайн белков основан на концепции бинарного кода: использование 11 аминокислот, разделённых на две группы — полярные и неполярные. Это позволило создать множество белков со стабильной трёхмерной структурой.

Механизм действия SynSerB

• Изначальная гипотеза о том, что SynSerB просто катализирует ту же реакцию, что и отсутствующий фермент SerB, была опровергнута.
• С помощью метода RNA sequencing учёные сравнили состояние клеток E. coli с SynSerB и без него.
• Оказалось, что SynSerB вызывает сверхэкспрессию природного белка HisB. Высокий уровень HisB, в свою очередь, способствует протеканию ключевой реакции, которую в норме выполнял удалённый ген SerB.
• Таким образом, искусственный белок не заменяет утраченную функцию напрямую, а активирует альтернативный биохимический путь для производства серина.

Значение работы

"Это новые белки, которых никогда не существовало на Земле, и они не связаны ни с чем земным, но они позволяют жизни расти там, где в противном случае это было бы невозможно", — говорит Майкл Хехт.

Исследование показывает, что жизнь может использовать оппортунистические стратегии для выживания. Искусственные белки могут не копировать природные механизмы, а находить обходные пути в сложной клеточной сети, открывая возможности для синтетической биологии и понимания эволюции.