Поиски истоков жизни на Земле открыли новые тайны клеток человека

17.01.2023 17:58

Один 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

Отправьте эту страницу друзьям!

Оставьте свой комментарий!

Читайте также:

Наука и технологии
5.09.2021

«Супер-пробка» Института Вейцмана для вируса COVID-19

Исследователи израильского Института Вейцмана вместе с партнерами из французского Института Пастера...
Наука и технологии
8.08.2021

Ученые Института Вейцмана «‎взломали» код природного редактора РНК

Открытие позволит повысить эффективность исправления генетических мутаций,...
Наука и технологии
5.04.2021

Ученые Института Вейцмана научились выращивать мышиные эмбрионы вне матки

Новый метод позволяет наблюдать за развитием эмбриона в режиме реального времени.​
Наука и технологии
17.08.2020

Израильские искусственные клетки производят вирусы для безопасных исследований

В Институте Вейцмана создан миниатюрный "конвейер" по производству и сборке белковых элементов структуры вируса.​...
Наука и технологии
4.10.2017

Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка

С помощью компьютера израильские исследователи моделируют эволюцию белков, создавая структуры, не существующие...

Лента новостей:

Израиль
Израиль
28.02.2024

ЦАХАЛ сообщил о гибели двух офицеров в бою на севере сектора Газы

В бою на севере сектора Газы погибли майор Ифтах Шахар и капитан Итай Сеиф.
Израиль
28.02.2024

США: Израиль может использовать оружие только в рамках «международного права»

Согласно новой политике, если Израиль не предоставит "надежное и достоверное" письменное обязательство к установленному...
В мире
В мире
26.02.2024

ВОЗ призвала заключить соглашение о пандемиях, предупредив о «болезни X»

Генеральный директор Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) вновь...
В мире
26.02.2024

Акт самосожжения у посольства Израиля совершил пилот ВВС США

Обливая себя легковоспламеняющейся жидкостью и поджигая, он выкрикивал «Свободу Палестине!».
В мире
26.02.2024

На Джерри Сайнфелда напали на Манхэттене

На еврейского комика Джерри Сайнфелда напали пропалестинские протестующие.
В мире
26.02.2024

Правительство Палестинской администрации подало в отставку

Премьер-министр Палестинской администрации Мухаммад аш-Штайэ подал председателю ПА Махмуду Аббасу...
В мире
26.02.2024

Герт Вилдерс: Исключить Турцию из НАТО за поддержку терроризма

Герт Вилдерс считает, что Турция должна быть исключена из альянса НАТО за поддержку ХАМАСа и финансирование терроризма.
Бизнес
Бизнес
1.08.2023

Amazon инвестирует 7,2 млрд долларов в Израиль и запускает облачный сервис AWS

Компания Amazon заявила во вторник, 1 августа, что планирует инвестировать около 7,2 млрд долларов до...
Бизнес
18.06.2023

Intel инвестирует 25 млрд долл в завод в Израиле

Intel построит новый завод в Израиле стоимостью 25 миллиардов долларов, заявил в воскресенье премьер-министр...
Бизнес
17.06.2023

Uber уходит из Израиля

Компания Uber, год назад запустившая сервис по заказу такси в Израиле, покидает израильский рынок.
Бизнес
22.03.2023
 Шмуэль Бродецкий

Как репатрианту открыть бизнес в Израиле — советы бухгалтера

Получив гражданство, многие предприимчивые люди не ищут работу,...
Бизнес
12.01.2023

Забастовка курьеров Wolt в Иерусалиме

Сотни курьеров компании в Иерусалиме на этой неделе начали жесткие санкции против руководства компании.
Наука и технологии
Наука и технологии
12.12.2023

Четвертый ракетный корвет «Саар-6» введен в строй. Видео

Четвертый корвет "Саар-6" введен в строй и готов к выполнению боевых задач в Средиземном море...
Наука и технологии
2.10.2023

Начался отбор в научные олимпийские сборные Израиля

Министерство просвещения и Центр ученых будущего начинает процесс формирования нового состава школьных олимпийских научных сборных. Отборочные...
Наука и технологии
23.09.2023

Израиль инвестирует миллионы, чтобы помочь ИИ понимать иврит и арабский язык

Израиль инвестирует около 30 миллионов шекелей в улучшение способности ИИ понимать иврит...
Наука и технологии
21.09.2023

Израиль и Британия подписали важное соглашение

Израиль и Великобритания подписали соглашение о сотрудничестве в научно-технологической сфере.
Наука и технологии
20.09.2023

Израильские ученые используют кишечную палочку для безопасного обнаружения мин

Исследователи из Израиля объявили о прорыве в безопасном обнаружении наземных мин...
Медицина
Медицина
2.10.2023

Вступили в силу две крупные реформы на рынке страхования здоровья

Все, кто приобрел страховой полис на покрытие операций в Израиле начиная с февраля 2016 года, будут...
Медицина
10.08.2023

Новый штамм COVID-19 обнаружен в Израиле

Новый штамм произошел от «Омикрона», который привел к повышению уровня заболеваемости...
Медицина
15.05.2023

В Израиле отменяют режим самоизоляции

Во вторник, 16 мая, в Израиле будет отменен режим самоизоляции для людей, зараженных коронавирусом.
Деньги
Деньги
1.01.2024

Банк Израиля понизил учетную ставку на 0,25% до отметки 4,5%

Темпы инфляции продолжают снижаться, и Банк Израиля прогнозирует достижение запланированных...
Деньги
15.12.2023

Денег нет: Минфин требует закрытия шести министерств

Ожидается, что в начале следующей недели Министерство финансов выпустит рекомендацию о закрытии шести...
Деньги
13.11.2023

План военного времени принят

Утвержденный план обеспечит компенсацию для предприятий, которые стали нести убытки в результате военных действий.
Деньги
7.11.2023

Банк Израиля продал в октябре 8 миллиардов долларов

Это первая продажа части валютных резервов Банком Израиля...
Деньги
26.10.2023

Бюджет войны - несколько миллиардов шекелей в день

В последние дни экономисты министерства обороны вместе со своими...
Культура
Культура
25.02.2024

Песню Голан не одобрили для «Евровидения»

Представители EBU еще накануне заявили, что текст песни «слишком политический» и не отвечает требованиям конкурса.
Культура
12.02.2024

В Иорданской долине пройдет фестиваль «Зеленая долина»

В преддверии весны пустынные ландшафты Иорданской долины превращаются в зеленые цветущие ковры, а...
Культура
23.08.2023

Новый фильм с Галь Гадот завоевал любовь арабов

Новый фильм с Галь Гадот лидирует в Египте, Ливане, Иордании, Катаре, Кувейте и Омане....
Культура
8.08.2023

Умер оскароносный режиссёр Уильям Фридкин

В Лос-Анжелесе на 88-м году жизни скончался Уильям Фридкин – один из главных режиссеров...
Публицистика
Публицистика
20.02.2024
 Аркадий Красильщиков

Равенство — это смерть

Сражение за непохожесть - главная ноша народа Торы. "Народ отдельный"...
Публицистика
20.02.2024
 Виктор Вальдберг

Кое-какие мысли по поводу суда над Трампом

Напрасно в Израиле искать массового сочувствия...
Публицистика
7.02.2024
 Михаил Лобовиков

Невыученные уроки 7.10

"эти учения не что иное, как политический демарш генералитета...
Репатриация
Репатриация
7.11.2023

Несмотря на войну: участники «Маса» продолжают прибывать в Израиль

С началом войны, несмотря ни на что, подавляющие большинство участников программ "Маса"...
Репатриация
27.08.2023

В систему просвещения Израиля интегрируются 200 учителей из диаспоры

На фоне кризиса в системе образования, в рамках программы "Маса-учителя", из диаспоры в Израиль прибудут около 200 англоязычных...
Репатриация
13.08.2023

Совместный проект МИДа и организации «Маса» готовит молодых дипломатов

На прошлой неделе состоялся первый выпуск совместного проекта министерства иностранных дел и организации...
Юмор
Юмор
9.08.2021

Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»‎

После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...
Юмор
30.01.2021
 Борис Прусский

Лимерика

Израильский певец и музыкант Борис Прусский посвятил шуточное стихотворение инаугурации...
Юмор
16.07.2020

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...
Юмор
27.05.2020

Проверка Бузагло

"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."
Юмор
16.05.2020

Ограбление

Охана, владелец фирмы "Мойдодыр", совсем было собирался закрыть свой магазин, когда в помещение внезапно ворвался подозрительный тип с закрытым...