Белки дрожжей раскрывают секреты устойчивости к засухе

Некоторые организмы способны полностью высыхать, а затем возвращаться к жизни при регидратации. Исследование в Cell Systems объясняет, как это возможно, изучая белки клетки. Впервые команда исследователей одновременно проанализировала тысячи белков на их способность переживать обезвоживание и регидратацию.

«Мы выясняем правила, определяющие, что делает белок устойчивым или неустойчивым к экстремальному водному стрессу, также известному как десикация», — говорит ведущий автор Шахар Сукеник.

Используя дрожжи в качестве модели и масс-спектрометрию, команда обнаружила, что большинство белков теряет более 75% своих копий после цикла обезвоживания-регидратации. Однако некоторые белки справляются гораздо лучше.

Химия выживания

Устойчивые к потере воды белки, как правило:

• Меньше по размеру и плотно свернуты.
• Имеют меньше взаимодействий с другими молекулами.
• Обладают высоким числом отрицательных зарядов на своей поверхности.

Ключевой признак — большое количество отрицательных зарядов на поверхности, что, по-видимому, защищает белки во время высушивания и после регидратации.

Инженерная устойчивость

Используя эти химические правила, команда повысила устойчивость к обезвоживанию у Зеленого Флуоресцентного Белка (GFP), который в исходной форме её не имеет. С помощью целевых мутаций исследователям удалось добиться почти 100% выживаемости активных белков GFP после регидратации.

Функциональный паттерн

Исследование также выявило закономерность в функциях выживших и погибших белков:

• Устойчивые белки обычно отвечают за создание небольших молекул — основных строительных блоков клетки.
• Чувствительные к обезвоживанию белки, как правило, вовлечены в энергозатратные процессы, например, создание рибосом (белковых фабрик клетки).

Клетки дрожжей, по-видимому, получают эволюционное преимущество, защищая «производительные» белки и избавляясь от «потребительских», что позволяет медленно вернуться к оптимальному балансу ресурсов при возврате воды.

Применения и перспективы

Эта работа может изменить текущее представление о стратегиях биологического выживания, указывая на существование базовой «грамматики», заложенной в химии белков.

Потенциальные применения лежат в области биотехнологий:

• Создание белков с увеличенным сроком хранения для терапевтических средств (например, инсулина, антител) и продуктов питания.
• Хранение и транспортировка без необходимости охлаждения, что особенно важно для регионов со сложной логистикой холодовой цепи.
• Значительное увеличение срока годности — на месяцы или даже годы.