Учёные раскрыли функции ферментов, окисляющих жирные кислоты Популярный университет

Учёные раскрыли функции ферментов, окисляющих жирные кислоты

Учёные раскрыли функции ферментов, окисляющих жирные кислоты

Исследователи из Тверского государственного медицинского университета и Института проблем передачи информации РАН им. А.А. Харкевича использовали методы биоинформатики, чтобы прояснить эволюцию и косвенно «вычислить» возможные функции фермента липоксигеназы у бактерий и простейших. Результаты исследования позволяют предположить эволюционную связь этого фермента с происхождением многоклеточности. Статья об открытии опубликована в журнале Biochemistry (Moscow).

Липоксигеназы – это ферменты, присоединяющие кислород к полиненасыщенным жирным кислотам. В организме человека они участвуют в синтезе эйкозаноидов, отвечающих за боль и воспаление. В растениях, отделённых от нас более чем миллиардом лет независимой эволюции, липоксигеназы выполняют удивительно похожую функцию – участвуют в синтезе гормонов, сигнализирующих о повреждении и стрессе. Можно сказать, что с помощью липоксигеназ и животные, и растительные клетки кричат: «Помогите! Меня едят!»

У некоторых водорослей липоксигеназы участвуют в синтезе феромонов, позволяющих мужской и женской гаметам найти друг друга в воде. А грибы с их помощью сигнализируют «Не толкайся!» сородичу, слишком распустившему свой мицелий. В общем, почти у всех многоклеточных существ липоксигеназы обеспечивают химический «разговор» между клетками и координацию жизненных процессов.

У бактерий и простейших тоже есть липоксигеназы – но «счастье» обладать ими выпало лишь относительно небольшому их числу: 0,5% процентов видов бактерий и паре десятков видов простейших. Напрашивался вопрос, почему природа проявила такую благосклонность к этим видам и обделила остальные? Ответить на него было трудно, так как экспериментальные данные о функции липоксигеназ у микроорганизмов до сих пор скудны. Общаются ли они между собой с помощью липоксигеназ, как клетки животных и гаметы водорослей? Ответа не было.

К счастью, аминокислотные последовательности липоксигеназ сравнительно мало меняются в процессе эволюции и сходны даже у эволюционно отдалённых организмов (как растения и животные). Они удобны для компьютерного изучения средствами биоинформатики – программе просто не с чем спутать липоксигеназу при поиске по базам данных белков. Такими методами и воспользовались исследователи, чтобы ответить вопрос: «Зачем микробам липоксигеназы и откуда они у них взялись?

Для начала они просканировали специальными программами базы данных белковых последовательностей и «инвентаризировали» все встретившиеся в них липоксигеназы. Затем они реконструировали на компьютере эволюцию этих ферментов и провели статистический анализ – выяснили, у каких бактерий липоксигеназы встречаются чаще.

Результаты показали, что липоксигеназы гораздо чаще встречаются в таксонах, представители которых образуют примитивные многоклеточные структуры в виде нитей или агрегатов. Эволюционно липоксигеназы оказались связаны с теми же таксонами. Между ними липоксигеназы распространялись горизонтальным переносом генов – в целом, обычное дело у бактерий, но здесь горизонтальный перенос явно преобладал.

Реконструированная исследователями последовательность, в которой разные таксоны «заимствовали» у кого-то липоксигеназы, коррелирует с независимыми возникновениями многоклеточности (даже примитивной) в этих таксонах. Похоже, ещё бактерии научились пользоваться липоксигеназами для межклеточного общения – отсюда и связь с образованием многоклеточных структур. А эукариоты лишь переняли у них эту функцию, когда им пришла пора самим подумать о многоклеточности. Так что бактерии, скорее всего, общаются при помощи липоксигеназ.

Но оставалась группа бактерий, где эта закономерность нарушалась. Здесь статистический и эволюционный анализ показывал совсем другие ассоциации: липоксигеназами особенно активно обзаводились бактерии с особым типом патогенности. Эти бактерии вызывают тяжёлые инфекции у пациентов в стационарах, после операций и иммуносуппрессии, у больных муковисцидозом. Среди них – такие грозные патогены, как Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Burkholderia cepacia, Enterobacter cloacae. Есть среди них и недавно открытые «новые» возбудители, такие как Cedecea lapagei.

Объяснить эту неожиданную связь с вирулентностью учёным помогли экспериментальные данные по синегнойной палочке (Pseudomonas aeruginosa) – она использует свою липоксигеназу для синтеза веществ, подавляющих иммунитет хозяина. Российские учёные показали, что такой стратегией может пользоваться далеко не она одна. Это делает липоксигеназу серьёзным кандидатом на роль опасного фактора вирулентности.

Автор: Георгий Куракин

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: