Исследователи из Сколтеха, МГУ и Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича (ИППИ РАН) исследовали геномы около 200 штаммов бактерий, чтобы установить, без каких белков в составе рибосомы можно обойтись и почему клетка может нормально функционировать и без них.

Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution. Рибосома представляет собой универсальный клеточный механизм, присутствующий у всех эукариот и прокариот и отвечающий за процесс синтеза белка, который иначе называют процессом трансляции. Рибосома включает два основных компонента – малую и большую рибосомные субъединицы, состоящие из рибосомных молекул РНК (рРНК) и рибосомных белков.

Состав этих главных «фабрик по производству белков» у всех клеток практически одинаков, однако существуют данные, подтверждающие, что некоторые бактерии могут обходиться без полного набора рибосомных белков. В данном исследовании ученые попытались определить, какие из белков жизненно необходимы для нормального функционирования рибосомы, а какие нет.

Вице-президент Сколтеха по биомедицинским исследованиям профессор Михаил Гельфанд и его коллеги проанализировали состав рибосомных белков 214 относительно небольших геномов бактерий.

Исследователи определили набор часто «теряемых» белков и показали, что лишь девять рибосомных белков абсолютно консервативны, а каждый из остальных 48 был утрачен хотя бы в одном штамме из рассматриваемого набора.

«Для эндосимбионтов − бактерий, живущих внутри других бактерий или клеток-эукариот, характерны крошечные геномы. Находясь в неизменной среде и не подвергаясь активному отбору, они могут терять относительно менее значимые гены, причем даже те, которые для свободноживущих бактерий абсолютно необходимы – это похоже на многоклеточных паразитов, у которых нередко исчезают целые органы. Считается, что рибосома – одна из самых стабильных структур клетки, у которой, как правило, сохраняется стандартный набор белков. Но ясно, что бактерии, имеющей всего 121 ген (таков рекордно маленький размер генома бактерий), невозможно отдать пятьдесят с лишним на кодирование рибосомных белков, и поэтому некоторые из них теряются. Нам удалось показать, что эти потери происходят не случайно и подчиняются определенным закономерностям», − отметил профессор Гельфанд.

Вероятность потери рибосомных белков в малой субъединице была меньше, чем в большой, а наиболее часто теряемые белки оказывались на поверхности рибосомы, где они образовывали меньше связей с другими компонентами рибосомы.

Более того, эти наиболее часто теряемые белки появились в рибосоме на более поздних этапах эволюции, поэтому когда вставал вопрос о том, какими рибосомными белками пожертвовать, бактерии, видимо, действовали по принципу «последним пришел, первым ушел».

Исследователи также установили, что наибольшие потери белков произошли у трех бактерий с самыми короткими геномами в выборке, и выявили отрицательную корреляцию между размером генома и количеством сохранившихся рибосомных белков. Тем не менее, поскольку рибосомные белки входят в комплект «основных рабочих инструментов» клетки, они, как правило, одними из последних покидают уменьшающийся бактериальный геном.