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:

«Супер-пробка» Института Вейцмана для вируса COVID-19
Исследователи израильского Института Вейцмана вместе с партнерами из французского Института Пастера...
Ученые Института Вейцмана «взломали» код природного редактора РНК
Открытие позволит повысить эффективность исправления генетических мутаций,...
Ученые Института Вейцмана научились выращивать мышиные эмбрионы вне матки
Новый метод позволяет наблюдать за развитием эмбриона в режиме реального времени.
Израильские искусственные клетки производят вирусы для безопасных исследований
В Институте Вейцмана создан миниатюрный "конвейер" по производству и сборке белковых элементов структуры вируса....
Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка
С помощью компьютера израильские исследователи моделируют эволюцию белков, создавая структуры, не существующие...Лента новостей:

Израиль начал крупнейшую операцию против организованной преступности на севере
На севере Израиля началась крупнейшая операция против организованной...
После убийства Цеэлы Гез: протест с требованием защитить жителей Иудеи и Самарии
В ответ на трагическую гибель Цеэлы Гез, убитой террористом по пути...
Так мы сокрушим ХАМАС. План Генштаба
Если дипломатические усилия, во главе с американской попыткой инициировать переговоры, провалятся, ЦАХАЛу придется увеличить темп боевых...
ЦАХАЛ подтвердил авиаудары по аэропорту в столице Йемена
ЦАХАЛ подтвердил, что израильские ВВС атаковали аэропорту в столице Йемена – Сане.
Источники: пункт выдачи гуманитарной помощи на юге Газы разгромлен, американская охрана сбежала
Первый день работы новых пунктов выдачи гуманитарной помощи в Газе ознаменовался...
СМИ: Прокурор МУС готовил ордеры на арест Бен-Гвира и Смотрича
Прокурор МУС Карим Хан перед уходом в административный отпуск подготавливал материалы для ходатайств об...
Урсула фон дер Ляйен назвала удары Израиля по Газе «отвратительными»
Глава ЕС Урсула фон дер Ляйен в разговоре с Абдаллой II назвала "отвратительной" волну ударов Израиля по объектам...
Драматический ультиматум Дональда Трампа Ирану после угроз Хаменеи
Американские источники сообщили, что Иран получил от США ультиматум с требованием принять решение относительно...
Вслед за «Хизбаллой»: признаки того, что ХАМАС трещит по всем швам
Источники ХАМАС рассказали газете Al-Sharq al-Awsat, что организация столкнулась с тяжелейшим кризисом.
Теракт в Вашингтоне: убиты сотрудники посольства Израиля Ярон Лищински и Сара Мильгрим
Израильского дипломата и его спутницу застрелили, когда они покидали Еврейский музей после...
Израильский хайтек привлёк 4 млрд долл за год
Это более чем в два раза превышает показатель предыдущего года.
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...
Шпионский стартап, в который вложился Эхуд Барак, продан почти за миллиард
Значительная часть сделки будет оплачена наличными.
Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл
Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...
Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл
Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Во время войны были осуществлены испытания израильской лазерной ПРО
Речь идет о беспрецедентном достижении в разгар боевых действий.
Израильские ученые научили ИИ читать электрокардиограммы и разъяснять диагноз
Ученые Хайфского Техниона научили ИИ читать электрокардиограммы...
Израильские ученые заставили раковые клетки выдавать себя иммунной системе
Ученые из Института Вейцмана предложили новый метод лечения, который многократно...
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 с ДНК-носителей...
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.

Мобильная клиника: комплексное обследование для женщин рядом с домом
Около 140 женщин прошли обследование в передвижной клинике женского...
Прощайте, длинные очереди: новые услуги, которые обеспечат вам качественную и быструю медицинскую помощь
Сегодня в Израиле остро ощущается нехватка...
ЦАХАЛ разрушил дом террориста, совершившего наезд у перекрёстка Нир-Цви
ЦАХАЛ уничтожил дом террориста, совершившего теракт на перекрёстке Нир-Цви, в результате которого погиб капитан...
Коалиция не поддержала новоназначенного руководителя ШАБАК
"Замена человека с мировоззрением с Каплан другим человеком с похожим мировоззрением не решает проблему, а лишь увековечивает...
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...
Пошлины Трампа: последствия для Израиля
Надежда правительства Израиля на то, что отмена последних остававшихся пошлин на американскую сельхозпродукцию позволит избежать введения...
Израиль отменил все пошлины на импорт из США
Израиль отменил все таможенные пошлины на товары, импортируемые из США
Израиль отменит все пошлины на импорт американских товаров уже сегодня
Цель - предотвратить введение пошлин против Израиля со стороны администрации Дональда Трампа.
ЦСБ: средняя зарплата в Израиле выросла до рекордного уровня
ЦСБ:в декабре 2024 года средняя зарплата в Израиле выросла на 10%, достигнув исторического рекорда.
В Центре наследия Алон Морэ откроется новая выставка, приуроченная к Дню освобождения Иерусалима и Шомрона. На ней впервые будут представлены редкие цветные фотографии, сделанные в 1968 году, всего через год после окончания Шестидневной войны.

Голосование зрителей на Евровидении заткнуло рот ненавистникам Израиля
Юваль Рафаэль поразила весь мир, заняв второе место на конкурсе Евровидение, который прошел в Базеле....
Празднуем День независимости в сердце страны: фестиваль в парке Нахаль Кане, Самария
В предстоящий День независимости (1 мая) Региональный совет...
Спилберг возглавил список богатейших селебрити от Forbes
Режиссер Стивен Спилберг возглавил список богатейших знаменитостей...
На Аллее славы Голливуда появилась звезда Галь Гадот
Израильская актриса Галь Гадот стала обладательницей именной звезды на...
Галь Гадот наградили за поддержку Израиля
«Галь Гадот – героиня как на экране, так и за его пределами, она – неустанная...
Левый мир — за открытые границы и миграцию, считая переселение народов древним и обычным явлением, при этом хитро забывая о главном: мигранты из Европы в Америку, Австралию, Африку и Азию несли прогресс, поднимали экономику, занимались цивилизацией дикарей.

Момент истины для нас как для общества
"Каждый голос, отданный за Яира Голана на выборах — это голос израильтянина,...
Перед нами — политический лагерь, полностью сошедший с рельсов
"Год и семь месяцев спустя после резни...
Кто сдал Синуара — и почему?
Не удивлюсь, если однажды выяснится, что местонахождение...
Вся правда о генетическом тесте ДНК в Израиле
Бюрократическая система нашей страны...
Договор Трампа с хуситами — капитуляция или манёвр?
После вчерашнего заявления Трампа о возможном соглашении с хуситами...
Вы, конечно, знаете, что такое маца. А Агада? А херут? Если вы новый репатриант, вам пригодятся базовые слова и фразы на иврите, связанные с Песахом. Они помогут вам лучше понимать, что происходит вокруг, участвовать в обсуждениях, а главное — почувствовать атмосферу праздника.

Как сегодня работают частные ульпаны в Израиле?
В конце 2024 года многие новые репатрианты столкнулись с проблемой: Министерство алии и интеграции временно...
Образование для детей, волонтерство для родителей: новый проект «Масы» и НААЛЕ
Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21...
Новым гендиректором организации «Маса» стал Меир Хольц
Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц,...
Как сегодня учат иврит в ульпанах
Один из ключевых факторов интеграции в Израиле – это, конечно же, знание иврита. Чем быстрее вы выучите язык, тем...
Война не остановила репатриантов
После нападения террористов ХАМАСа на Израиль в октябре прошлого года в еврейское государство прибыло 29 тыс....
Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»
После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...
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...
Проверка Бузагло
"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."