Nauka.ua

Біологи позбавили бактерію однієї з 20 «обов’язкових» амінокислот. Вона вижила протягом 450 поколінь Інна Радевич 08 Маy 2026, 12:59 Біологи створили кишкову паличку, ключові білки якої не мали амінокислоти ізолейцину, одного з 20 будівельних блоків білка. Але ця бактерія виявилася майже такою ж життєздатною, як і незмінена кишкова паличка, і вижила протягом понад 450 поколінь. Це свідчить про те, що життя може існувати навіть із неповним набором амінокислот, що важливо для моделювання появи перших живих організмів на Землі, а також — пошуку слідів життя за межами нашої планети. Дослідження опублікували в журналі Sсіеnсе.Частина клітини кишкової палички під мікроскопом — саме на цій бактерії перевіряли здатність живого існувати без однієї з амінокислот. Dаvіd Grеgоry & Dеbbіе Маrshаll / Wеllсоmе Соllесtіоn

Чому науковці вирішили видалити одну з амінокислот?

Усього в живих організмах відомо близько 700 різних амінокислот, але лише 20 з них, які називають стандартними, зустрічаються у більшості послідовностей білків. Деякі живі організми на додачу до 20 стандартних включають до амінокислотної послідовності молекули селеноцистеїну чи піролізину, але 20 стандартних амінокислот зустрічаються в білках організмів з усіх царств. Навіть у людей, для яких лише вісім амінокислот є незамінними, тобто мають надходити з їжею, всі 20 стандартних амінокислот входять у склад білків організму.Водночас багато стандартних амінокислот, зокрема незамінних, мають доволі просту та подібну між собою будову. Це наштовхнуло науковців на думку, що вони можуть бути взаємозамінними, а за деякими оцінками більшість білків можна утворити з усього 9-12 стандартних амінокислот. Разом із цим, у більшість білків навіть не включаються оптичні ізомери — «дзеркальні» до стандартних амінокислот молекули. Це ставить під сумнів можливість заміни амінокислоти на іншу без втрати білком його функцій. Щоб з’ясувати, чи це все ж можливо, науковці Колумбійського та Гарвардського університетів і Массачусетського технологічного інституту провели нове дослідження.

Як створили бактерію без однієї з амінокислот?

Спочатку науковці шукали амінокислоту, яку буде замінити найлегше: для цього вони проаналізували випадкові заміни в амінокислотних послідовностях білків кишкової палички (Еsсhеrісhіа соlі). Як виявилося, три амінокислоти в таких послідовностях майже ніколи не замінювалися: триптофан, цистеїн і гліцин. Це науковці пояснили тим, що ці три амінокислоти виконують незамінні ролі в утворенні структури білка, формуючи дисульфідні зв’язки, забезпечуючи гнучкість амінокислотного ланцюга, надаючи білку водовідштовхувальні та, навпаки, водозахоплювальні властивості. Водночас три амінокислоти — валін, глутамін та ізолейцин — замінювалися в білках найчастіше.Тому науковці вирішили замінити ізолейцин на найближчі до нього за структурою амінокислоти валін або лейцин у 39 найбільш розповсюджених і важливих білках кишкової палички. Як виявилося, така проста заміна привела до того, що лише 43 відсотки білків зберегли здатність виконувати свої функції в живій клітині. Тоді дослідники поєднали алгоритми штучного інтелекту, які робили заміни в послідовності білка, з алгоритмами АlрhаFоld2 і РrоtеіnМРNN, які враховували ці зміни в структурі білка.Завдяки цьому науковці «переписали» білки рибосом кишкової палички — частин клітини, які бактерія використовує для синтезу власних білків. Дослідники отримали 21 ген для синтезу рибосом, усі білки яких були б позбавлені ізолейцину. Цими генами замінили звичайні гени рибосом у кишкової палички, штам якої назвали Ес19 (тобто Еsсhеrісhіа соlі з 19 амінокислотами). Порівняно з незміненою кишковою паличкою, цей штам мав життєздатність на рівні 90 відсотків і більше. Він вижив у лабораторії протягом понад 450 поколінь, протягом яких у бактерій не виявили мутацій, що повертали б у білки ізолейцин.

Що це відкриття змінює в розумінні еволюції живого?

Дослідники показали, що можливо створити живий організм, який не потребуватиме усіх 20 стандартних амінокислот для побудови білків. Це свідчить на користь гіпотези, що останній спільний предок усіх земних організмів також міг мати менш як 20 різних амінокислот у білках. Ця гіпотеза заснована на тому, що деяких амінокислот могло не бути в «первинному бульйоні» — рідкому середовищі, у якому життя зародилося з простих органічних молекул.Окрім цього, відкриття важливе для створення нових білків і цілих штучних організмів із властивостями, які потрібні науковцям. Такі підходи зможуть використати у дизайні нових ліків, зокрема антибіотиків, до яких бактерії швидко виробляють стійкість.

Які ще відкриття не вписалися в біологічні канони

🧬  Нещодавно науковці виявили здатність деяких бактерій синтезувати ДНК не на матриці іншої нуклеїнової кислоти, а на шаблоні з білка.🦠  Хоча досі біологи вважали, що всі організми з ядром потребують мітохондрій для вироблення енергії, вони виявили перший організм, який порушує це правило.🧪  Минулого року науковці завершили створення першого синтетичного організму з ядром — ним стали дріжджі. Раніше їх зробили напівсинтетичними.