Balon: перезагрузка жизни на молекулярном уровне

Недавно исследователи сообщили об открытии естественного белка под названием Balon, который может мгновенно остановить производство новых белков в клетке. Этот белок был найден в бактериях, обитающих в вечной мерзлоте Арктики, но он также присутствует и у многих других организмов, что делает его важным механизмом для поддержания состояния покоя в разных видах живых существ.

Для большинства организмов способность переходить в состояние покоя является важным условием выживания. В условиях недостатка пищи или сильного холода многие организмы замедляют свою активность и метаболизм, чтобы дождаться лучших времен. Около 60% всех микробных клеток находятся в состоянии покоя в любой момент времени. Даже у млекопитающих, которые целиком не впадают в спячку, некоторые клетки могут временно отключаться.

«Мы живем на планете спячки», — говорит Сергей Мельников, эволюционный молекулярный биолог из Ньюкаслского университета. «Жизнь в основном заключается в том, чтобы быть в состоянии покоя».

На протяжении многих лет ученые обнаружили несколько белков, называемых факторами спячки, которые помогают клеткам погружаться в состояние покоя. Эти белки могут разбирать клеточные структуры или предотвращать экспрессию генов, но самые важные из них останавливают работу рибосом — машин для синтеза новых белков. Это помогает клетке экономить энергию для выживания.

В начале этого года в журнале Nature были опубликованы результаты исследования , в котором сообщалось о новом факторе спячки — белке Balon. Этот белок был найден у 20% всех известных бактериальных геномов и действует совершенно по-новому.

Карла Елена-Буэно обнаружила Balon случайно, оставив арктическую бактерию на льду на слишком долгое время. Она увидела, что этот белок блокирует рибосомы, даже если они находятся в процессе синтеза белков, что раньше не наблюдалось.

Белок Balon был обнаружен у бактерии Psychrobacter urativorans, которая живет в замерзших почвах Арктики. Исследователи надеются, что изучение этого белка поможет создать организмы, способные лучше переносить изменения климата.

«Когда бактерии активно растут, они производят много рибосом и РНК», — говорит Мэй-Нган Франсис Яп, микробиолог из Северо-Западного университета. «Когда они сталкиваются со стрессом, им нужно остановить синтез белков, чтобы сэкономить энергию».

Механизм работы белка Balon отличается своей обратимостью, что делает его уникальным. Этот белок можно вставлять в рибосому, чтобы остановить рост клетки, а затем быстро удалить, когда условия станут благоприятными. Благодаря такой способности клетки могут легко переходить в состояние покоя (dormancy) и так же быстро выходить из него при необходимости.

Несмотря на новизну обнаруженного механизма, белок Balon оказался широко распространенным. Его родственники были обнаружены у многих видов бактерий, включая возбудителя туберкулеза и термофильные бактерии, обитающие в горячих подводных термальных источниках.

Состояние покоя необходимо не только для бактерий, но и для многих других организмов на различных стадиях их жизненного цикла. К примеру, человеческие яйцеклетки могут находиться в состоянии покоя десятилетиями, ожидая оплодотворения. Это свидетельствует о важности способности временно приостанавливать жизненные процессы для выживания многих видов.

Ученые надеются, что открытие Балона и его повсеместное распространение помогут людям по-новому взглянуть на то, что важно в жизни. Мы все часто впадаем в спячку, и многим из нас это очень нравится. «Мы проводим во сне треть нашей жизни, но вообще об этом не говорим», — сказал Мельников. Вместо того, чтобы жаловаться на то, чего нам не хватает, когда мы спим, возможно, мы сможем воспринимать это как процесс, который связывает нас со всей жизнью на Земле, включая микробы, спящие глубоко в вечной мерзлоте Арктики.