Учёные научились точно предсказывать и управлять связыванием металлов с белками

Исследователи из Даремского университета совершили значительный прорыв в понимании того, как белки связывают металлы внутри клеток — процесса, критически важного для жизни. Исследование, опубликованное в Nature Communications, представляет новаторский подход, позволяющий точно предсказывать и конструировать металлизацию белков. Это открытие имеет далеко идущие последствия для биотехнологий и устойчивого биопроизводства.

Работа основана на многолетних исследованиях команды, начавшихся с ключевых открытий 2008 года. В новом исследовании учёные использовали уникальный белок, первоначально обнаруженный в цианобактериях, который естественным образом связывает марганец. Этот белок предоставил инновационный способ проверки предсказаний о том, как белки приобретают металлы внутри клеток.

Результаты подтверждают, что металлизация белка не происходит автоматически при его внедрении в разные клетки. Вместо этого решающую роль играет доступность металлов внутри клетки, а несоответствия могут привести к неправильному связыванию.

Впервые команда показала, что можно предсказать и настроить, какие металлы связываются с белками, с помощью специально разработанного калькулятора металлизации. Этот инструмент позволяет учёным прогнозировать взаимодействия металл-белок на основе внутриклеточных уровней металлов.

Исследование продемонстрировало, как цианобактериальный марганец-связывающий белок, внедрённый в E. coli, ошибочно связывает железо вместо марганца. Этот результат подчёркивает важность точной настройки доступности металлов при конструировании биологических систем.

Исследование также предлагает практические инструменты — "чертежи" (blueprints) и калькуляторы, — которые помогут исследователям прогнозировать исходы металлизации без необходимости многолетних фоновых исследований.

Ведущий автор работы, доктор Софи Клаф из Даремского университета, заявила: "Эта статья основана на десятилетиях работы, включающей совместные усилия огромного числа учёных. Теперь, когда мы наконец проверили и подтвердили модели, мы надеемся, что чертежи и калькуляторы металлизации будут широко использоваться".

Эти инструменты упрощают проектирование процессов металлизации для широкого спектра биологических реакций, которые, по оценкам, составляют до половины всех ферментативных функций.

Соавтор исследования, профессор Найджел Робинсон, отметил: "Половина реакций жизни управляется металлами внутри клеток. Чертежи и калькуляторы дают возможность исследователям и компаниям конструировать эти реакции для чистого производства".

Команда стремится поделиться своими выводами с широкой аудиторией, особенно в области биоинженерии, где эти знания могут быть применены для улучшения промышленных приложений, включая разработку фармацевтических препаратов, экологическую биотехнологию и производство биотоплива.