Поиски истоков жизни на Земле открыли новые тайны клеток человека
17.01.2023 17:58Один из них имеет отношение к происхождению жизни или, точнее, к происхождению белков — тех биологических молекул, которые необходимы для жизни. Как маленькие сегменты белков, плававшие в "первичном бульоне" — влажной, богатой органическими молекулами среде, которая, как считается, существовала на Земле около четырех миллиардов лет назад, — превратились в гораздо более крупные и сложные белковые молекулы, которые мы знаем сегодня?
Стремясь ответить на этот вопрос, ученые в лаборатории покойного профессора Дана Тауфика и их коллеги математически реконструировали возможного давно потерянного предка современных белков. В их модели этот предок состоял из двух небольших белковых сегментов или пептидов с почти идентичными последовательностями аминокислот — пептидное «слово», повторяющееся дважды, чтобы получить простую белковую «фразу». Это повторение предполагало, что некоторые из первых белков могли быть созданы путем объединения последовательностей аминокислот.
Чтобы воспроизвести этот процесс в лаборатории, ученые синтезировали свой гипотетический белок-предок, разрезали его на две части, а затем поместили получившиеся пептидные «слова» в воду. Сначала они не могли найти никаких признаков того, что слова собирались в пары, но когда доктор Лиам Лонго, в то время научный сотрудник лаборатории Тауфика, добавил в смесь определенное количество РНК, которая могла быть доминирующей молекулой в безжизненном мире, вода вдруг помутнела. Под микроскопом Лонго увидел, что положительно заряженные пептиды конденсировались в капли, соединяясь с отрицательно заряженной РНК.
На самом деле чуть более десяти лет назад ученые обнаружили, что подобные капельки естественным образом присутствуют внутри наших клеток сегодня. Эти поразительные конструкции представляют собой структуры из одних только белков или белков с РНК или ДНК; они образуют что-то вроде капель масла в воде за счет разделения фаз между двумя жидкостями. Внутри капель белки могут достигать концентраций, в сотни раз превышающих их концентрацию снаружи. Однако многое еще неизвестно о механизмах образования этих капель и для каких целей они служат в клетках — например, применяются ли они для хранения или выполнения каких-то регуляторных функций.
Тут и сошлись две биологические загадки. Дан Тауфик, работавший в отделении биомолекулярных наук Института Вейцмана, предпринял исследование капель пептид-РНК, чтобы выяснить, могли ли они играть роль в происхождении белков, но было ясно, что это исследование может также пролить новый свет на роли, которые сегодня подобные капли играют в организме человека.
Тауфик и его коллеги предположили, что в еще безжизненном мире капли пептидной РНК, образовавшиеся в первичном бульоне, могли служить "протоклетками", предшественниками современных живых клеток. Капли помогали собрать пептиды вместе и дать им возможность создать двойные структуры, называемые димерами: пары пептидных молекул, притянутые друг к другу молекулярными силами. Позже димер может слиться в единую молекулу, создав исходный белок из двух "слов", подобный тому, который реконструировали ученые.
Однако поиск доказательств существования таких димеров был проблематичным, поскольку их нельзя было обнаружить стандартными методами, применимыми к растворам - они обладают слишком низкой резолюцией. Чтобы преодолеть это препятствие, Тауфик и его коллеги объединились с профессором Даниэлой Гольдфарб с отделения химической и биологической физики Вейцмана, которая изучает структуру и динамику белков с помощью электронного парамагнитного резонанса.
Гольдфарб и ее коллеги решили искать димеры, предложенные Тауфиком, пометив пептиды "спиновыми метками", крошечными молекулами, обладающими особыми магнитными свойствами, изготовленными в лаборатории профессора Нормана Метаниса в Еврейском университете в Иерусалиме. Когда меченые пептиды затем помещают в магнитное поле, метки могут действовать как "шпионы", сообщая о свойствах пептида, к которому они прикреплены. Таким образом, когда ученые провели эксперимент, называемый двойным электрон-электронным резонансом, в котором они применили серию микроволновых импульсов к раствору, содержащему пептиды, они смогли определить, насколько далеко пептиды находятся друг от друга, улавливая определенные магнитные взаимодействия между молекулами-метками.
Во время поисков случилась трагедия. 4 мая 2021 года Тауфик разбился насмерть в результате несчастного случая при скалолазании. И буквально на следующий день доктору Манасу Силу, научному сотруднику лаборатории Гольдфарба, удалось найти димеры в растворе пептида. Исследователи доказали, что пептиды действительно связываются с РНК в каплях: они подтвердили это, обнаружив замедление движения своих "шпионов". Затем они решили проследить магнитные взаимодействия между "шпионами". Ученые проанализировали множество различных соотношений РНК и пептидов, пока им не удалось доказать существование димеров внутри капель.
«Мы обнаружили, что связывание с РНК усиливает образование димеров», — говорит д-р Сил, руководивший этими экспериментами. «Видимо, такое связывание помогает пептидам находить друг друга, так же как два человека, разделенные большим расстоянием, могут легче найти друг друга, если они держатся за одну и ту же веревку».
Результаты исследования показывают, что в древнейшем прошлом нашей Земли подобные капли могли быть "тиглями" для критического шага в эволюции белка, сделав возможным переход от коротких пептидов к более длинным белкам, которые складываются в сложные структуры, позволяющие им выполнять биологические функции. Одной из первых таких функций было связывание с нуклеиновыми кислотами, такими как РНК или ДНК, что является необходимым первым шагом в стимулировании экспрессии генетического кода.
Эти открытия также могут оказаться полезными для понимания того, что происходит внутри капель, которые участвуют во множестве фундаментальных клеточных процессов как в здоровом, так и в больном организме человека. Например, считается, что дефекты в механизмах образования капель способствуют нейродегенеративным заболеваниям; глубокое понимание этих механизмов и того, как они влияют на структуру белка, может указать на новые методы диагностики и лечения.
Источник: MFA
Фото: Профессор Дан Тауфик/Пресс-служба Научного Института им. Вейцмана
Читайте также:
![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
«Супер-пробка» Института Вейцмана для вируса COVID-19
Исследователи израильского Института Вейцмана вместе с партнерами из французского Института Пастера...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Ученые Института Вейцмана «взломали» код природного редактора РНК
Открытие позволит повысить эффективность исправления генетических мутаций,...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Ученые Института Вейцмана научились выращивать мышиные эмбрионы вне матки
Новый метод позволяет наблюдать за развитием эмбриона в режиме реального времени.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Израильские искусственные клетки производят вирусы для безопасных исследований
В Институте Вейцмана создан миниатюрный "конвейер" по производству и сборке белковых элементов структуры вируса....![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка
С помощью компьютера израильские исследователи моделируют эволюцию белков, создавая структуры, не существующие...Лента новостей:
![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
ЦАХАЛ: на юге Газы погиб израильский военнослужащий
На юге сектора Газы погиб 37-летний капрал-резервист Моти Равэ.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
ЦАХАЛ: на юге Газы погиб военнослужащий
На юге сектора Газы погиб 19-летний старший сержант Ноам Дуэк.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
ЦАХАЛ: тела погибших заложников были найдены в туннеле в гуманитарной зоне Хан-Юниса
ЦАХАЛ уточнил некоторые детали операции по эвакуации останков заложников, погибших в секторе Газы....![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
БАГАЦ приказал переправить в Газу тысячу доз крови для переливания
МАДА: кровь будет предоставлена не из государства Израиль, а из стран региона.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Тревога в Западной Галилее
С 17:11 до 17:18 в населенных пунктах Западной Галилеи не прекращали звучать сирены воздушной тревоги.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Нетаниягу в речи перед Конгрессом: «Это битва цивилизации против варварства»
Глава правительства Биньямин Нетаниягу выступил перед членами двух...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Протесты возле Капитолия перед выступлением Нетаниягу: начались задержания
Демонстранты кричат:"Биби, мы не закончили! Интифада только началась"![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Парижу угрожают «реками крови» из-за участия израильтян в Олимпиаде
В соцсетях появился видеоролик, в котором человек в маске угрожает Олимпийским играм 2024 года в...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
NYP: На фоне демарша демократов поддержка Израиля республиканцами все очевидней
В Милуоки состоялся съезд Республиканской партии, который уже считают самым проеврейским...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
В здании Конгресса арестованы 200 антиизраильских активистов
Протестующие выступали за прекращение поставок оружия Израилю, который ведет военные действия в секторе Газа.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл
Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл
Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ
В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
NVIDIA купила два израильских стартапа
NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем
Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Немцы и израильтяне разработали подводный беспилотник
Беспилотная подводная лодка весит 5,5 тонн, имеет длину 10,9 метра.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Rafael: лазерная система перехвата ракет будет поставлена ЦАХАЛу в 2025 году
“Уже в следующем, 2025 году, система Маген Ор, лазерная система для...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Израильские ученые: летучие мыши продемонстрировали человеческие способности
Израильские ученые: летучие мыши свободно ориентируются в пространстве, вспоминают прошлое и планируют будущее.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Израильские психологи показали, что у влюбленных сердца действительно бьются в такт
Ученые Еврейского университета Иерусалима провели исследование, посвященное физиологии...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Израильские ученые создали самовосстанавливающееся стекло
Ученые считают, что дальнейшие исследования приведут к широкому спектру применений нового материала.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек
Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов и чаще пользоваться репеллентами.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Вспышка лихорадки Западного Нила: подтвержден 21 случай
В Израиле по состоянию на 23 июня подтвержден 21 случай заражения лихорадкой Западного Нила.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Иногда они возвращаются
Насколько велик риск повторного инфаркта или инсульта и что делать, чтобы этого не случилось?![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Погибший в Газе старшина после смерти спас пятерых израильтян
Старшина Сиван Вейль, боец бригады коммандос подразделения «Эгоз», был смертельно ранен 29 марта в секторе Газа. Несмотря на усилия...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
В Израиль прибыла делегация врачей из Украины на стажировку в сфере реабилитации зрения
Вчера, на фоне продолжительной войны на Ближнем Востоке и спустя два года с момента начала войны в Украине, в Израиль...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Теперь у резервистов есть право на скидку в 91% на землю в Негеве и Галилее
Реализация решения вступила в силу, и теперь покупатели земли смогут...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая
После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Атака Ирана на Израиль обвалила биткоин
Рынок криптовалют пережил стремительное падение после ударов Ирана по территории Израиля.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
«Битуах Леуми» обанкротится на восемь лет раньше, чем ожидалось
Ожидается, что «Битуах Леуми» придет к банкротству на восемь лет раньше, чем прогнозировалось ранее.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Moody's: рейтинг Израиля понижен до A2, прогноз негативный. Нетаниягу: «Экономика устойчива»
"Понижение рейтинга не связано с экономикой, оно целиком связано с тем, что мы...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Новые израильские сериалы
Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На этой неделе...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября
«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный фильм о 7...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
С праздником Шавуот!
Праздник отмечает дату получения Закона Божьего - Торы - на горе Синай спустя семь недель после Исхода из Египта....![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Эден Голан вышла в финал «Евровидения»
Эден Голан вышла в финал «Евровидения», несмотря на антиизраильские протесты и призывы бойкотировать...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Памяти Дня Катастрофы и героизма
5 мая с заходом солнца весь Израиль и все евреи мира будут вспоминать павших и выживших в День катастрофы и героизма...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_main.png)
![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Как предавали Трампа
Еще до выборов 2016 г. против Трампа выступила большая часть Республиканской элиты. В основном, так сказать,...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Не любой ценой
Когда на Аялоне вопят, что «операцию нельзя продолжать, покуда в Газе есть заложники», Синуар понимает,...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Вероятность победы Трампа не столь велика, как кажется
Нет сомнения, что обошедший весь мир эффектный снимок Трампа с воздетым...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Мнимое миролюбие нобелевских лауреатов
Призывать остановить войну следует тех, кто её начал, а не жертв агрессии.![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Что не убивает, делает человека более сильным
Только вернулся с кровавого ралли Дональда Трампа. Зашел в дом и получил пять звонков с тревожным сообщением о выстрелах...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_main.png)
Во вторник, 25 июня, состоялась церемония завершения программы "Маса-Учителя", в рамках которой ежегодно в Израиль приезжают около 150 волонтеров из диаспоры, чтобы преподавать разговорный английский израильским школьникам, фактически присоединяясь к педагогическим коллективам в школах социальной и географической периферии Израиля.
![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Сотни мероприятий, десятки проектов, 180 пар: «Мидраше Ционит» исполняется 25 лет
«Мидраша Ционит» - еврейская международная...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
120 врачей-репатриантов интегрируются в израильскую систему здравоохранения
В этом году в программе приняло участие 120 врачей, которые, несмотря...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
В разгар войны: 90 русскоязычных участников программ «Маса» получили израильское гражданство
Когда началась война, ребята решили остаться в Израиле, несмотря...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Новая инициатива организации «Маса» и МИДа предоставит молодежи из диаспоры инструменты для борьбы с антисемитизмом
Многие участники "Масы" рассказывают о...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Участники программ «Маса» приехали в Израиль перед войной, остались и нашли любовь
Рони из Нью-Йорка и Тим из Бельгии приехали в Израиль примерно за два месяца до...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img.png)
Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»
После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Наши резервы
Мне совершенно не мешает ходить "оборванцем". И вот я вышел из дома в своем обычном виде по делам на угол Бегин-Каплан. В разгар...![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)
Проверка Бузагло
"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."![](https://dom.co.il/application/views/custom022014/img/triangle_bottom_img_3.png)