Внутри человека обнаружены миллионы неизвестных науке белков

Наше тело кишит триллионами бактерий. На их долю приходится гораздо больше клеток человеческого тела, чем на клетки собственно человека. К счастью, эти крошечные обитатели редко бывают злыми. Напротив, они неутомимо поддерживают наше пищеварение, улучшают нам настроение, защищают от болезней, а также усиливают работоспособность. Однако понимание молекулярного механизма этого партнерства долгое время ускользало от ученых.

Доктор медицинских наук, доцент кафедры медицины и генетики Стэнфордского университета, Ами Бхатт комментирует: «Нам очень важно было определить интерфейс взаимодействия между клетками человека и микробиомом. Как они общаются? Как штаммы бактерий защищают себя от других штаммов? Мы предположили, что все дело в неизвестных науке маленьких белках».

Действительно, ведь мелкие белки гораздо проще могли бы проникать сквозь клеточную мембрану, передавая сообщения — или угрозы — соседним клеткам-хозяевам или бактериальным клеткам. Дело оставалось за малым — определить и изучить этих микросообщников.

Но, как известно, размер имеет значение, и идентифицировать предполагаемые мини-белки оказалось не так-то просто. Бактериальный геном подобен книге с длинными цепочками букв, лишь некоторые из которых кодируют информацию, необходимую для белкового производства. Традиционно исследователи искали гены, кодирующие белки, путем поиска комбинаций букв, которые указывают на сигналы «старт» и «стоп». Этот метод отлично работает для больших привычных белков. Но чем меньше белок, тем больше происходит ложных срабатываний.

В попытке решить проблему, ученые попытались проанализировать все, что смогли найти. В одну базу данных свели гены, предположительно кодирующие малые белки разных бактерий. Те, которые чаще встречались у нескольких видов и образцов, с большей вероятностью были истинно положительными. 

Когда этот анализ применили к большим наборам данных, обнаружились не сотни генов, как ожидалось, а десятки тысяч. Белки, предположительно кодируемые генами, могли быть отсортированы в более чем 4000 связанных групп или семей, участвующих в ключевых биологических процессах, таких как межклеточная коммуникация или противостояние.

«Честно говоря, когда мы это затеяли, то даже не знали, чего ожидать, научная интуиция не подсказывала нам ничего.», — говорит доктор Бхатт. «То,  что были найдены тысячи новых белковых семейств, определенно удивил всех».

В дальнейшем исследователи подтвердили, что выделенные гены действительно кодируют истинные белки, показав, что они транскрибируются в РНК и переносятся в рибосому для трансляции — это ключевые этапы производства белка во всех организмах. Сейчас ученые сотрудничают со смежными специалистами, чтобы больше узнать о функциях белков и выявить те, которые наиболее важны для бактерий, борющихся за место в нашем многобактериальном кишечнике. Такие белки могут стать новыми антибиотиками или другими лекарствами для человека.

Поскольку найденные настолько малы — менее 50 аминокислот в длину — вероятно, они складываются в уникальные формы, которые представляют собой ранее неопознанные биологические строительные блоки. Если формы и функции этих белков смогут воссоздать в лаборатории, то произойдет прорыв в научном понимании того, как микробиом влияет на здоровье человека.