Специалисты по биоинформатике из Вюрцбургского университета изучили особый класс гормонов, который имеет отношение к растениям, бактериям и, косвенно, к людям. Их результаты бросают вызов предыдущим научным предположениям.
Цитокинины представляют собой класс гормонов, в основном встречающихся в растениях. Например, они регулируют рост и развитие растений и замедляют процесс старения. Более того, текущие исследования показывают, что цитокинины также играют жизненно важную роль, когда растение борется с патогенами, делая его устойчивым к конкретным возбудителям болезней. Но действия цитокининов не ограничиваются царством растений: гормоны также встречаются в тканях животных, а также в бактериях, грибах и водорослях.
Ученые-биоинформатики из Вюрцбургского университета недавно обнаружили новые детали эволюции цитокининов, которые бросают вызов предыдущим предположениям. В исследовании приняли участие профессор Томас Дандекар, заведующий кафедрой биоинформатики, и его коллеги доктор Мухаммад Насим и доктор Елена Бенкурова. Они опубликовали свои выводы в текущем выпуске журнала Trends in Biochemical Sciences.
Базы данных нуждаются в капитальном ремонте
Ранее считалось, что ферменты, активирующие цитокинины, принадлежат к классу лизиндекарбоксилаз. Но это не так: «Наше исследование вне всяких сомнений показало, что эти ферменты не проявляют никакой декарбоксилазной активности. Они используют другой биохимический канал для активации цитокининов», - объясняет Томас Дандекар. Соответственно, он считает, что эти аннотации теперь нужно удалить из соответствующих баз данных.
Елена Бенкурова изучила 123 белка из разных организмов для этого исследования, подвергнув их белки детальному анализу мотивов, или, как она выразилась, провела анализ белковой последовательности. Ее интересовали ферменты, активирующие цитокинины, - так называемые «ферменты одинокого парня» (ЛОГ). Томас Дандекар объясняет, откуда взялось это необычное название: «У цветков мутанта риса были только тычинки, но не было пестика. Эта мутация одиноких тычинок была поэтому окрещена «одиноким парнем».
Контрольные закономерности в анализе последовательности
Молодой ученый искал закономерности в этих аминокислотных последовательностях, которые характерны для лизиндекарбоксилаз. Но она не смогла их обнаружить. Вместо этого Елена Бенкурова идентифицировала паттерн, соответствующий ферментам LOG, и в процессе расшифровала четыре подкласса.
То, что звучит как открытие, актуальное для небольшой группы специалистов, на самом деле имеет далеко идущие последствия. «В целом, наши последние результаты теперь позволяют нам лучше понять этот универсальный механизм коммуникации между бактериями, растениями и животными», - говорит Томас Дандекар.«Д-р Мухаммад Насим из нашей рабочей группы в значительной степени способствовал этому успеху. Он является профессором Университета Зайда в Абу-Даби с января из-за его системных биологических публикаций по цитокининам. Это открывает различные области применения - от растений до человека.."
Крем для кожи и туберкулез
«Клетки кожи человека понимают язык цитокининов», - говорит биохимик. Таким образом, в качестве ингредиента кремов для кожи они могут защищать клетки от вредных воздействий и замедлять процесс старения. Тем не менее, отдельные исследования по этому вопросу показали, что все дело в правильной дозировке: «В низких дозах цитокинины защищают клетки. В противоположность этому высокие уровни вредны», - говорит Дандекар.
Цитокинины оказывают косвенное влияние на человека, например, когда они активны в отношении возбудителей туберкулеза. Они позволяют патогенам манипулировать своей средой, респираторным эпителием, таким образом, что бактериям становится легче оседать, а иммунной системе или лекарствам труднее бороться с ними (результаты Samanovic et al., Mol Cell 2015).
Когда дело доходит до селекции растений, знания Насима, Дандекара и их коллег об универсальном языке цитокининов могут способствовать более эффективному предупреждению растений от патогенов и активации их защитных механизмов, как показано в специальных исследованиях кресс-салата.
Необходимы дополнительные исследования
«Цитокинины говорят на универсальном языке гормонов, который понимают многие живые существа и дают самые разнообразные результаты», - резюмирует Томас Дандекар основной вывод опубликованного обзора биоинформатики. Тем не менее, необходимо провести много исследований, пока не будут поняты все детали этого языка. Соответственно, нынешний результат исследования - лишь «маленький шаг вперед в гораздо более широком контексте», - добавляет Елена Бенкурова. Тем не менее, шаг, который создает основу для дальнейшего понимания.