Австрийские биологи проанализировали структуру и функции белка, регулирующего образ жизни бактерий. Когда на этот белок под названием дигуанилатциклаза падают лучи солнечного света, ферментативная активность возрастает в 10 тысяч раз. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Сложно переоценить значение солнечного света для живых организмов. Человеческие циркадные ритмы регулируются сменой дня и ночи, растения направляют свой рост на свет. Во всех этих процессах ключевую роль играют фоторецепторы, специализированные клетки или белки, способные реагировать на определенную длину световой волны. Например, в клетках многих бактерий есть белок дигуанилатциклаза. Эта группа ферментов контролирует несколько видов поведения, в том числе то, как бактерии образуют биопленки, вызывают болезни и передвигаются. Этот белок выполняет свою ферментативную функцию, только если на него попадает свет, относящийся к синей части спектра, а в темноте не активен. На свету дигуанилатциклаза в десять тысяч раз эффективнее катализирует реакцию образования циклического димера гуанозинмонофосфата (ди-ГМФ), который участвует в передаче сигналов у бактерий, подобно электрическим импульсам в нервной системе у животных. У большинства светозависимых ферментов активность из-за освещения увеличивается в 5–50 раз. Из-за такой сильной реакции на синий свет фермент работает практически «переключателем».
Ученые из Университета Граца решили описать структурные функции дигуанилатциклазы. Для этого они создали плазмиду — небольшую молекулу ДНК с геном дигуанилатциклазы —и включили ее в геном кишечной палочки (E. Coli). Когда бактерия выработала достаточно белка, их разделили с помощью центрифуги. Затем, используя разницу в плотности, гуанилатциклазу отделили от других растворимых веществ. Когда исследователи выделили фермент и поместили его в буферный раствор для хранения, начались испытания характеристик гуанилатциклазы. Сначала измерили длину волны поглощаемого света. Спектрофотометр показал, что фермент активируется длиной волны 465 нм, что соответствует синему спектру. Молекулярное строение ученые установили с помощью кристаллографии — метода определения структуры биомолекул по тому, как кристаллический образец вещества рассеивает рентгеновские лучи.
Ученые выяснили, что белок состоит из двух функциональных частей: одна отвечает за восприятие синего света, а другая — за собственно ферментативную активность, служащую катализатором химической реакции. Под воздействием синего света дигуанилатциклаза меняет свою трехмерную конфигурацию. В неактивном состоянии белок находится в компактной форме, но при контакте со светом белок вытягивается, соединяя ранее разделенные структурные части. Затем белок производит циклический ди-ГМФ, которые сообщают бактерии об изменении в окружающей среде, эта молекула регулирует образование объединения бактерий — биопленки, вирулентность, клеточный цикл, дифференциацию и другие процессы.
«Понимание механизма этого светозависимого процесса открывает широкие возможности его применения в разных отраслях науки и медицины. Одно из направлений — методы оптогенетического лечения. Лекарства, связанные с переключателем белка, регулируемым светом, могут воздействовать на клетки с помощью света, точечность воздействия очень важна во многих отраслях медицины. Но мы все еще далеки от такого практического применения этого конкретного переключателя», — прокомментировала Уршула Виде, первый автор исследования и аспирант Института биохимии Технического университета Граца.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
