Найден нарушающий асимметрию жизни древний белок-«амбидекстр»
Ученые обнаружили древний белок, который можно назвать амбидекстром — по аналогии с человеком, одинаково хорошо владеющим правой и левой рукой. Обе зеркальные формы этого пептида способны проявлять биологическую активность. Он может быть реликтом эпохи, когда жизнь на Земле еще не была строго асимметричной.
Многие химические соединения обладают хиральностью: у них есть зеркальные стереоизомеры — левый и правый. Несмотря на почти одинаковые химические и физические свойства, жизнь всегда предпочитает одну из форм: например, сахара — правые (из-за чего двойная спираль ДНК закручивается вправо, если смотреть вдоль ее оси), а аминокислоты, из которых состоят белки, — левые.
Ученые предполагают, что предпочтение правозакрученной ДНК и левовращающих белков могло помочь сохранить стабильность и функциональность биомолекул на ранних этапах развития жизни.
Исследователь эволюции белков Лиам Лонго из Токийского института наук о Земле и жизни изучал фрагмент белка (пептид), который распознает нуклеиновые кислоты и часто встречается в ферментах репарации ДНК. Он заметил, что его структура симметрична относительно центральной оси, и предположил, что как левая, так и правая версии этого белка могут связываться с ДНК.
Этот симметричный участок — структура «спираль-петля-спираль» — часто встречается в белках, взаимодействующих с ДНК и РНК, и присутствует у всех форм жизни, что указывает на его древнее происхождение — возможно, от общего предка всех клеток.
Чтобы проверить свою гипотезу об амбидекстрии молекулы, Лонго и его коллеги создали правые версии пептида, включая «предковую» форму, потенциально схожую с той, что существовала у последнего универсального общего предка современных клеток LUCA.
В ходе опытов, описанных в Angewandte Chemie, зеркальные пептиды связывались с ДНК почти так же эффективно, как их оригинальные аналоги, а обычные левые версии могли связываться с зеркальной ДНК. Дальнейшие эксперименты показали, что обе формы взаимодействуют с молекулами ДНК схожим образом.
Почему этот белок является амбидекстром, пока неясно, говорит Лонго. Наиболее вероятное объяснение — эта структура эволюционировала для связывания ДНК в различных конформациях, и амбидекстрия стала следствием такой гибкости.
«Но есть и безумное объяснение», — добавляет Лонго. Возможно, эта структура появилась в эпоху, когда на Земле существовала «зеркальная жизнь» — с «левой» ДНК и «правыми» белками.
«Это полностью изменило бы наши представления о биологии до LUCA. Довольно дикая идея», — признает он. Если амбидекстрия окажется распространенным свойством других древних ДНК- и РНК-связывающих белков, это может поддержать данную гипотезу.
«Это не лишенная оснований гипотеза», — заметил биохимик Майкл Кей, изучающий белки и пептиды в Университете Юты.
Но найти подтверждения будет сложно, предупредил он. Хотя шансы не нулевые — в 2014-м он с коллегами описал другой амбидекстровый белок, который взаимодействует с сотнями других белков и помогает им правильно сворачиваться.
Была ли «зеркальная жизнь» на Земле в прошлом или нет — ее можно создать искусственно. И такие эксперименты уже ведутся в тиши лабораторий. В прошлом году группа ученых выражала обеспокоенность по этому поводу — по их прогнозам, в ближайшее десятилетия опасные изыскания могут увенчаться успехом.
Амбидекстровые молекулярные структуры наподобие «спираль-петля-спираль» могут стать мостом между естественной и зеркальной биологией, резюмирует Лонго: «Мы на пути к столкновению с зеркальной жизнью».
