Почти у всех наземных растений работает армия редакторов, которые исправляют ошибки в их генетической информации. Исследователи из Боннского университета перенесли части этого механизма в бактерию. Их результаты подтверждают спорный тезис о функционировании этого широко распространенного механизма. Теперь они опубликованы в журнале Communications Biology of the Nature Publishing Group.
Можно подумать, что генетический аппарат высших растений был изобретен бюрократом, который любит выбирать самые сложные варианты: большая часть генетического материала растений содержит небольшие ошибки. Особенно страдает ДНК в энергетических установках растительных клеток, митохондриях. Станция должна исправить эти ошибки, иначе ее энергоснабжение рухнет. И он вносит эти исправления, но очень сложным образом: он не улучшает ДНК, то есть фактические строительные инструкции митохондрий. Вместо этого он исправляет копии, сделанные с этих инструкций. Это все равно, что тысячу раз распечатать информационный бюллетень с ошибками, а затем исправлять слово с ошибкой в каждой из этих распечаток.
Более того: редакторы, которые вносят эти исправления, являются абсолютными специалистами. Обычно они распознают только одну конкретную ошибку. Поэтому некоторые заводы имеют 500 и более различных корректоров. «Транскрипты ДНК состоят из РНК, поэтому мы называем этот механизм редактированием РНК», - объясняет профессор доктор Фолькер Кнуп из Института клеточной и молекулярной ботаники Боннского университета. «Мы только начинаем понимать, почему он существует и как он функционирует в деталях."
Кнуп и его коллеги как минимум на один шаг приблизились к ответу на второй вопрос. Для этого они перенесли некоторых редакторов из мха Physcomitrella patens в кишечную бактерию E. coli. «Мы хотели выяснить, редактируют ли они там бактериальную РНК», - сказала коллега Кнупа доктор Марейке Шалленберг-Рюдингер. «До сих пор спорили, смогут ли они сделать это в одиночку или им нужна помощь».
Большинство исследователей предполагают, что редактирование РНК обычно представляет собой двухэтапный процесс: редакторы (так называемые белки PPR) распознают ошибку. Чтобы исправить это, они обращаются за помощью к своего рода «корректирующей жидкости» РНК - ферменту, называемому цитидиндезаминазой.
РНК «корректирующая жидкость» также действует на кишечную палочку
Однако некоторые белки PPR имеют на конце определенную последовательность аминокислот, которые, как известно, теоретически действуют как цитидиндезаминаза, что означает, что они всегда могут носить с собой бутылочку с корректирующей жидкостью.«Фактически мы смогли показать, что эта группа белков PPR способна редактировать РНК кишечной палочки», - сказала Марейке Шалленберг-Рюдингер. «Поэтому для этого не нужна отдельная дезаминаза». Однако, если бы ученые изменили хотя бы одну из важных аминокислот «корректирующей жидкости», белок PPR потерял свою способность к коррекции.
Исследователям также удалось запрограммировать белки PPR таким образом, чтобы они могли обнаруживать определенные ошибки. «Подобные эксперименты помогают нам лучше понять редактирование РНК», - объясняет Фолькер Кнуп. «Модельный организм E. coli также помогает нам в этом процессе, поскольку было бы гораздо сложнее проводить такие эксперименты на растениях».
В среднесрочной перспективе ученые также надеются найти ответ на вопрос, почему в ходе эволюции развился этот сложный редакционный механизм. На этот счет есть несколько теорий: например, редактирование РНК может позволить растениям «собирать» мутации. Со временем могут образоваться комбинации множества различных изменений, которые по отдельности были бы вредными или даже фатальными, но в совокупности дают растению преимущество в выживании.
Таким образом, громоздкий процесс будет иметь важную цель: стать игровой площадкой для эволюции.