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 настроение, защищают от болезней [1], а также усиливают работоспособность [2]. 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 [3] маленьких белках».
Это вполне логично, 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 выявляют 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 сотни 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 удивило всех».
В дальнейшем исследователи подтвердили, что выделенные гены действительно кодируют истинные белки, показав, что те транскрибируются в РНК, которая связывается с рибосомой для трансляции — это ключевые этапы производства белка во всех организмах. Сейчас ученые сотрудничают со смежными специалистами, чтобы больше узнать о функциях белков и выявить наиболее важные для бактерий, борющихся за место в нашем многобактериальном кишечнике.
Поскольку найденные белки крайне 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. Если же говорить о прикладном значении, то синтезированные белки могут стать новыми антибиотиками или другими лекарствами для человека.