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
15.04.2025

50 задержанных террористов за 16 часов: операция бойцов Нахаль в деревне Азун

После почти полутора лет непрерывной боевой деятельности в секторе Газы бойцы бригады Нахаль сменили...
Израиль
15.04.2025

ХАМАС обещал дать ответ в течении 48 часов

Высокопоставленный представитель ХАМАС сообщил агентству AFP, что террористическая группировка "скорее всего" ответит в течение 48 часов....
Израиль
15.04.2025

Амит Сегаль рассказал о «деле в сфере безопасности»

После того, как детали “серьезного дела в сфере безопасности” были опубликованы, журналист Амит Сегаль рассказал о том, что произошло, изложив хронологию событий....
В мире
В мире
13.04.2025

Авианосец Carl Vinson прибыл на Ближний Восток

Американская авианосная ударная группа во главе с атомным авианосцем Carl Vinson...
В мире
10.04.2025

Майк Хакаби утверждён послом США в Израиле

Сенат США утвердил Майка Хакаби, бывшего губернатора Арканзаса, на должность...
Бизнес
Бизнес
9.01.2025

Израильский хайтек привлёк 4 млрд долл за год

Это более чем в два раза превышает показатель предыдущего года.
Бизнес
24.12.2024

Израильский туризм: теперь на подъем или дальше в пропасть?

Во время войны самый сильный экономический удар пришелся именно по туристической отрасли и в первую очередь – по...
Бизнес
17.07.2024

Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл

Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...
Бизнес
15.07.2024

Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл

Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Наука и технологии
Наука и технологии
25.03.2025

Израильские ученые ускорили чтение данных из ДНК-хранилища в тысячи раз

Учёные из хайфского Техниона создали основанный на ИИ метод, ускоряющий на три порядка чтение данных...
Наука и технологии
16.03.2025

Израиль введет в эксплуатацию систему Iron Beam в течение девяти месяцев

Исраэль Кац: лазерная система ПВО Iron Beam будет введена в эксплуатацию до конца 2025 года.
Наука и технологии
19.02.2025

Израиль представлен на оборонной выставке IDEX в ОАЭ

Павильон еврейского государства демонстрирует сотни видов вооружений.
Наука и технологии
28.01.2025

Вперед, к международным достижениям: начался отбор в научные олимпийские сборные Израиля

Министерство просвещения и Центр ученых будущего Фонда Маймонида начинает процесс формирования...
Медицина
Медицина
26.12.2024

Астма: вдох-выдох

С началом зимы далеко не все радуются установлению желанной прохлады. Есть среди нас и те, кто встречает зиму с тревогой, опасаясь обострения хронического недуга. Эти люди...
Медицина
14.08.2024

Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами

В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные занятия,...
Медицина
15.07.2024

В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила

Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...
Медицина
9.07.2024

От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек

Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...
Медицина
23.06.2024

Вспышка лихорадки Западного Нила: подтвержден 21 случай

В Израиле по состоянию на 23 июня подтвержден 21 случай заражения лихорадкой Западного...
Деньги
Деньги
1.04.2025

Израиль отменил все пошлины на импорт из США

Израиль отменил все таможенные пошлины на товары, импортируемые из США
Деньги
4.02.2025

ЦСБ: средняя зарплата в Израиле выросла до рекордного уровня

ЦСБ:в декабре 2024 года средняя зарплата в Израиле выросла на 10%, достигнув исторического рекорда.
Деньги
22.12.2024

Кнессет заморозил повышение взносов в Битуах Леуми

Согласно заявлению комитета, повышение будет действовать исключительно в течение двух лет.
Деньги
17.12.2024

Налоговое управление подтвердило повышение налогов на автомобили в 2025 году

С 2025 года в Израиле увеличатся налоги на покупку всех типов автомобилей.
Культура
Культура
19.03.2025

На Аллее славы Голливуда появилась звезда Галь Гадот

Израильская актриса Галь Гадот стала обладательницей именной звезды на Аллее славы в Голливуде....
Культура
5.03.2025

Галь Гадот наградили за поддержку Израиля

«Галь Гадот – героиня как на экране, так и за его пределами, она – неустанная движущая сила в борьбе с антисемитизмом»
Культура
3.03.2025

Израиль обнародовал название песни для «Евровидения»

Стало известно название композиции, с которой Юваль Рафаэль выйдет на...
Культура
22.01.2025

Опасный путь к футбольной славе

Новый драматический сериал компании НОТ «Шломи 6» рассказывает о двух 17-летних парнях из Нетании – двоюродных...
Публицистика
Публицистика
14.04.2025
 Аркадий Красильщиков

Нас вновь хотят остановить за шаг до цели

Замаячила очередная победа Израиля без победы.
Публицистика
14.04.2025
 Аркадий Красильщиков

Одно исключение в изоляционистской политике Трампа

Всё верно: Америка Трампа больше не хочет быть мировым полицейским...
Публицистика
13.04.2025
 Гермес Гальт

Детская болезнь левизны

"Многие наивно полагают, что есть разные мировоззрения- левые и правые. Но...
Публицистика
8.04.2025
 Юрий Моор

Запутавшись в ветвях власти

"Мы сейчас стали свидетелями грандиозной лажы Верховного суда, и виновником...
Публицистика
8.04.2025
 Аркадий Красильщиков

Пролетарская революция Трампа

"«Сделаем Америку великой!» — обещает Трамп....
Репатриация
Репатриация
30.03.2025

Как сегодня работают частные ульпаны в Израиле?

В конце 2024 года многие новые репатрианты столкнулись с проблемой: Министерство алии и интеграции временно...
Репатриация
4.09.2024

Новым гендиректором организации «Маса» стал Меир Хольц

Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц,...
Репатриация
28.08.2024

Как сегодня учат иврит в ульпанах

Один из ключевых факторов интеграции в Израиле – это, конечно же, знание иврита. Чем быстрее вы выучите язык, тем...
Репатриация
27.08.2024

Война не остановила репатриантов

После нападения террористов ХАМАСа на Израиль в октябре прошлого года в еврейское государство прибыло 29 тыс....
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...