Геном человека содержит примерно 20 000 генов, кодирующих белки. Белки - это «рабочие» организма, которым поручено выполнять определенные функции, имеющие ключевое значение для выживания. Несмотря на их важность, существует тип очень маленьких белков, содержащих менее 100 аминокислот, которые необходимы для понимания того, как работают живые существа, и о которых мы практически ничего не знаем, поскольку простая их идентификация представляет собой настоящую технологическую проблему.
Теперь, однако, исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне под руководством профессора-исследователя ICREA Луиса Серрано, главы группы дизайна биологических систем, разработали метод, который может прогнозировать и классифицировать эти белки, основанные на новом инструменте биоинформатики, в который они загружали множественные -омные данные. Это позволило им обнаружить, что эти небольшие белки составляют не менее 16% бактериального генома. Результаты их работы были опубликованы в журнале Molecular Systems Biology..
«Мы изучили бактерии Mycoplasma pneumoniae и обнаружили, что можем упустить из виду до 10 из каждых 100 белков, закодированных в их сокращенном геноме, просто потому, что они такие маленькие», - сказала Мария Лух-Сенар, научный сотрудник. CRG и главный исследователь исследования. «Этот процент может быть очень значительным в случае более сложных или человеческих организмов», - добавила она.
Недавние исследования пролили свет на важность этих небольших белков, таких как антимикробные пептиды, выделяемые насекомыми, животными, растениями и даже людьми в ответ на инфекцию. Было также показано, что эти небольшие белки взаимодействуют с другими бактериями в окружающей среде, а также с хозяином, таким как наш организм. Фактически, они могут играть очень важную роль в сбалансированной микробиоте.
«Интерес нашего исследования заключался в установлении количества и разнообразия функций, которые могут выполнять эти до сих пор игнорируемые белки», - объяснил Самуэль Миравет-Верде, аспирант CRG и ведущий автор работы.
До сих пор при аннотировании генома учитывались только те сегменты ДНК, которые после транскрипции и трансляции могли давать белки, содержащие более 100 аминокислот. Все, что ниже этого числа, было проигнорировано из-за связанных с этим технологических проблем, поскольку обычные подходы, используемые для идентификации белков, невозможны именно потому, что они очень малы. Это еще более осложняется тем фактом, что эти белки, как правило, имеют очень короткую жизнь, они не многочисленны или даже имеют тканеспецифические и временные паттерны экспрессии, что делает их еще более трудными для обнаружения..
Кроме того, сравнительные консервационные исследования обычно проводятся для того, чтобы можно было приписать функции белкам, в которых берутся разные организмы и делается попытка установить степень их присутствия, сравнить длину их обоих и определить, является ли сходство между ними существенным или несущественным. Поскольку эти небольшие белки не могут быть идентифицированы, этот подход нельзя использовать для сравнения организмов, поэтому их роль остается загадкой.
В этом исследовании исследователи провели предварительное исследование 109 бактериальных геномов, в котором они попытались классифицировать или присвоить функции этим белкам. С этой целью они применили алгоритмы, уже используемые в других условиях, в которые ввели параметры, связанные с природой белка. Впоследствии они подтвердили свои выводы, используя белки, уже идентифицированные у других видов бактерий.
Разработанная ими методика универсальна и может быть применена к различным видам бактерий.