Биологи получили ископаемый фермент общего предка всех бактерий
Восстановив ген фермента, каким он мог быть миллиарды лет назад, немецкие ученые внесли его в живых бактерий и выделили древний белок.
Биохимические реакции в живых организмах катализируют белковые ферменты, в тысячи раз ускоряя их ход. Однако ферменты – катализаторы не только очень эффективные, но и высокоспецифические. Почти всегда каждый из них катализирует лишь свою определенную реакцию, а его активные сайты связывают лишь определенные молекулы-реагенты (или уж очень похожие на них вещества). Но так было, видимо, не всегда.
Считается, что ферменты первых организмов были не слишком специфичны и могли катализировать множество реакций определенного типа, работая с широким спектром реагентов; при этом эффективность их была совсем не так велика. Впрочем, новая работа, проведенная командой немецкого биохимика Рейнхарда Штернера (Reinhard Sterner), ставит такие взгляды под сомнение.
В статье, опубликованной журналом Cell Chemical Biology, авторы рассказывают о попытках восстановить один из древних ферментов – триптофансинтетазу (TS), проводящую синтез одной из важных аминокислот. Проанализировав и сравнив последовательности ДНК в кодирующих TS генах разных видов современных бактерий и архей, ученые определили ген, который мог существовать у общего предка этих организмов. Такой организм, предположительно, существовал на исключительно ранних этапах развития жизни – еще 3,4 млрд лет назад.
Получив «наиболее вероятный» ген TS, Штернер и его коллеги внесли его в геном обычной кишечной палочки (E. coli), которая синтезировала древний белок. Это позволило ученым впервые изучить активность «ископаемого» фермента. К их большому удивлению, он вел себя ничуть не хуже современных, проявлял хорошую специфичность и эффективность. Авторы предполагают, что белки могли эволюционировать куда быстрее, чем считалось, и уже общий предок бактерий и архей мог иметь ферменты вполне «современного вида».
Пространственная структура «ископаемой» TS – зеркальный димер из четырех доменов / ©Busch et al., 2016
С той далекой эпохи, конечно, не осталось ни окаменелостей, ни белков, ни ДНК. Поэтому такие условные реконструкции едва ли не единственный способ заглянуть в самое глубокое прошлое жизни и узнать о нем новые интересные детали. Например, команда Штернера заметила, что их «ископаемая» TS оставалась стабильной при достаточно высокой – до 70 °С – температуре. Это может служить подтверждением популярной гипотезы о горячих геотермальных источниках, как первой колыбели жизни.
Сергей Васильев
