Биологи Иркутского государственного университета совместно с коллегами из Лейпцигского университета и Центра имени Гельмгольца по исследованию окружающей среды исследовали рачков-бокоплавов, чтобы проследить эволюцию белков теплового шока — защитников клеток, образующихся в стрессовых условиях, например, при повышении температуры, попадании ядов и инфекций.
В результате экологи открыли абсолютно новую, образующуюся в условиях стресса форму семейства белков теплового шока, свойственную только этим рачкам. Исследование существенно меняет используемый ранее метод выявления появившихся в стрессовых условиях белков для экологического мониторинга. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в журнале Scientific Reports, кратко о ней сообщается в пресс-релизе фонда.
Белки теплового шока (БТШ) образуются в клетках в условиях стресса, например, при повышении температуры, попадании ядов и инфекций. Они есть почти у всех живых организмов и контролируют сборку разных белков как в нормальном, так и в патологическом состоянии. Это одни из наиболее древних белков, призванных защищать клетки в неблагоприятных условиях. Поэтому их структуры очень схожи у всех живых организмов — от бактерий до человека. Эти белки активно применяются в экологии — их содержание позволяет оценить уровень стресса у разных организмов на самых ранних этапах нарушения работы экосистемы.
Семейство белков БТШ70 (число обозначает молекулярную массу в килодальтонах) — наиболее изученное, оно делится на три группы. Первая включает в себя белки, постоянно синтезирующиеся в клетке. Вторая группа объединяет те, что образуются только в условиях стресса, а третья — белки, синтез которых происходит и в нормальных условиях, но значительно усиливается в неблагоприятных. Для применения в экологическом мониторинге важно выявить БТШ70 второй группы.
Долго считалось, что вызванные стрессом БТШ70 очень похожи у разных организмов. Однако всё больше и больше исследований показывали обратное. Вызванные стрессом БТШ70 не подходили в качестве полноценных маркеров стресса у немодельных организмов — тех, которые нечасто выступают объектами исследования из-за того, что обитают на небольших территориях.
Молекулярные экологи из Иркутского государственного университета оценили активность БТШ70 у рачков-бокоплавов, обитающих в грунте на дне водоёмов. Бокоплавы часто используются в экологическом мониторинге водных обитателей. Учёные провели исследование молекулы РНК, содержащей информацию о первичной структуре белков бокоплавов, обитающих исключительно в Байкале.
В результате экологи открыли абсолютно новую, образующуюся в условиях стресса форму БТШ70, свойственную только для этих рачков. Для проверки результатов рачков поместили в условия стресса — в ёмкость с температурой до 25 °С. Спустя 24 часа учёные выделили их РНК. Активность белков теплового шока действительно многократно усилилась.
Оказалось, что вызванные стрессом БТШ70 не такие древние, как считалось раньше, а образовались по эволюционным меркам относительно недавно. «У бокоплавов белки рассматриваемого семейства эволюционировали из предкового гена высших раков и подверглись функциональному разделению, — говорит одна из авторов статьи, сотрудница Иркутского государственного университета, кандидат биологических наук Дарья Бедулина. — Разделение белков теплового шока на постоянно синтезирующиеся в клетке и те, что образуются только в условиях стресса, происходило у бокоплавов независимо от других ракообразных».
Это существенно меняет используемый ранее метод выявления появившегося в стрессовых условиях БТШ70 для экологического мониторинга. Исследователи описали аминокислотные последовательности полученных белков и нашли особые метки, которые позволят другим учёным быстро выявлять вызванную стрессом форму БТШ70 у бокоплавов.