- 20,313
- 46
- 8 Ноя 2022
Один и тот же ген может превратиться в десятки разных инструментов жизни.
Учёные постепенно раскрывают работу молекулярной системы быстрых сигналов, которая помогает людям, животным, растениям и микроорганизмам приспосабливаться к изменениям в окружающем мире. Если о ДНК и генах знают почти все, то о том, как эти инструкции воплощаются в жизнь, известно гораздо меньше. На деле это сложный процесс, зависящий от множества химических реакций, которые позволяют организму реагировать на холод, жару, угрозу инфекции или недостаток пищи.
Команда исследователей под руководством Тонга Чжана из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США изучает эти процессы в рамках проекта Predictive Phenomics Initiative. Цель — понять, как факторы, не связанные напрямую с генетическим кодом, влияют на свойства и поведение живых организмов. Эти знания могут оказаться полезны и для медицины, и для биотехнологий, и для промышленности.
Особое внимание учёные уделяют так называемым посттрансляционным модификациям белков (PTM). Белки — это рабочая сила организма, они создаются на основе генетического кода. Но сразу после образования многие из них подвергаются химическим «подправкам», которые меняют их свойства. Благодаря этим сигналам белок может выполнять разные функции, работать дольше или короче, включаться или выключаться в нужное время. Такой механизм обеспечивает живым существам удивительную гибкость, выходящую далеко за рамки исходных инструкций ДНК.
По словам Чжана, у человека примерно 20 тысяч генов, и каждый кодирует свой белок. Но с учётом множества вариантов химических модификаций один и тот же белок способен существовать в миллионах разных форм, выполняя самые разные задачи. Именно поэтому организм способен столь быстро и тонко подстраиваться под условия среды.
Проблема в том, что эти процессы чрезвычайно быстрые и ускользающие, и их трудно зафиксировать. Чжан разработал новые методы, которые позволяют сохранять и измерять такие изменения. Среди инструментов — автоматизированные лабораторные протоколы и методы одновременного анализа сразу нескольких типов модификаций. Ключевую роль играет масс-спектрометрия — метод, позволяющий уловить крошечные изменения массы молекулы, которые невозможно заметить другими способами.
Учёные уже применили свои наработки на практике. Так, они исследовали красные дрожжи Rhodotorula toruloides, которые используются для производства жирных молекул, применяемых в косметике, пищевой промышленности и создании биопластиков. Анализ показал, что при ограничении азота дрожжи перестраивают работу белков с помощью редокс-модификаций и фосфорилирования. Это открытие может помочь увеличить эффективность промышленных процессов.
Ещё одно направление исследований связано с иммунной системой человека. Оказалось, что модификации белков могут играть ключевую роль в борьбе с вирусами: мешать им проникать в клетку, отключать механизм копирования или, наоборот, активировать защитные клетки. Но вирусы тоже научились использовать эти процессы в свою пользу, усиливая собственное распространение. Чжан подчёркивает, что это новое и пока малоизученное направление, и именно здесь могут появиться новые противовирусные препараты.
Таким образом, на стыке генетики, химии и биоинженерии открывается целый пласт знаний о том, как работает живая клетка. И хотя генетический код остаётся фундаментом, именно быстрые химические сигналы определяют, насколько эффективно организм сможет справляться с вызовами внешнего мира.
Учёные постепенно раскрывают работу молекулярной системы быстрых сигналов, которая помогает людям, животным, растениям и микроорганизмам приспосабливаться к изменениям в окружающем мире. Если о ДНК и генах знают почти все, то о том, как эти инструкции воплощаются в жизнь, известно гораздо меньше. На деле это сложный процесс, зависящий от множества химических реакций, которые позволяют организму реагировать на холод, жару, угрозу инфекции или недостаток пищи.
Команда исследователей под руководством Тонга Чжана из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США изучает эти процессы в рамках проекта Predictive Phenomics Initiative. Цель — понять, как факторы, не связанные напрямую с генетическим кодом, влияют на свойства и поведение живых организмов. Эти знания могут оказаться полезны и для медицины, и для биотехнологий, и для промышленности.
Особое внимание учёные уделяют так называемым посттрансляционным модификациям белков (PTM). Белки — это рабочая сила организма, они создаются на основе генетического кода. Но сразу после образования многие из них подвергаются химическим «подправкам», которые меняют их свойства. Благодаря этим сигналам белок может выполнять разные функции, работать дольше или короче, включаться или выключаться в нужное время. Такой механизм обеспечивает живым существам удивительную гибкость, выходящую далеко за рамки исходных инструкций ДНК.
По словам Чжана, у человека примерно 20 тысяч генов, и каждый кодирует свой белок. Но с учётом множества вариантов химических модификаций один и тот же белок способен существовать в миллионах разных форм, выполняя самые разные задачи. Именно поэтому организм способен столь быстро и тонко подстраиваться под условия среды.
Проблема в том, что эти процессы чрезвычайно быстрые и ускользающие, и их трудно зафиксировать. Чжан разработал новые методы, которые позволяют сохранять и измерять такие изменения. Среди инструментов — автоматизированные лабораторные протоколы и методы одновременного анализа сразу нескольких типов модификаций. Ключевую роль играет масс-спектрометрия — метод, позволяющий уловить крошечные изменения массы молекулы, которые невозможно заметить другими способами.
Учёные уже применили свои наработки на практике. Так, они исследовали красные дрожжи Rhodotorula toruloides, которые используются для производства жирных молекул, применяемых в косметике, пищевой промышленности и создании биопластиков. Анализ показал, что при ограничении азота дрожжи перестраивают работу белков с помощью редокс-модификаций и фосфорилирования. Это открытие может помочь увеличить эффективность промышленных процессов.
Ещё одно направление исследований связано с иммунной системой человека. Оказалось, что модификации белков могут играть ключевую роль в борьбе с вирусами: мешать им проникать в клетку, отключать механизм копирования или, наоборот, активировать защитные клетки. Но вирусы тоже научились использовать эти процессы в свою пользу, усиливая собственное распространение. Чжан подчёркивает, что это новое и пока малоизученное направление, и именно здесь могут появиться новые противовирусные препараты.
Таким образом, на стыке генетики, химии и биоинженерии открывается целый пласт знаний о том, как работает живая клетка. И хотя генетический код остаётся фундаментом, именно быстрые химические сигналы определяют, насколько эффективно организм сможет справляться с вызовами внешнего мира.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
