Рибосома представляет собой сложный комплекс из молекул РНК и белка, который осуществляет в клетке одну из ключевых функций — синтезирует белковые молекулы из аминокислот. Состоит рибосома из двух субъединиц: большой и малой. После окончания синтеза белковой молекулы у бактерий эти субъединицы расходятся (диссоциируют), и процесс биосинтеза белка не может запуститься, пока малая и большая субъединицы не объединятся (ассоциируют) вновь.
За поддержание «разобранного» — диссоциированного — состояния рибосомы отвечает специальный белок IF3 (3-й фактор инициации трансляции). Он связывается с малой субъединицией и препятствует её связыванию с большой субъединицей. Чтобы синтез белка начался вновь, рибосоме необходимо какое-то время побыть диссоциированной.
Как именно происходит диссоциация рибосом на субъединицы, сопровождается ли этот процесс какими-либо изменениями их структуры, и существуют ли промежуточные стадии в процессе диссоциации — до сих пор загадка. Исследовательская группа молекулярных биологов МГУ в своей работе впервые показала, что в процессе диссоциации рибосомы у бактерий существуют переходные состояния.
«Эта работа, вообще говоря, получилась довольно-таки случайно. Мы занимаемся исследованиями митохондриальной трансляции. В митохондриях также есть рибосомы и вся система биосинтеза белка, — рассказал профессор биологического факультета МГУ Пётр Каменский. — Для проверки некоторых гипотез нам понадобилось посмотреть, может ли 3-й фактор инициации трансляции из митохондрий пекарских дрожжей (mtIF3) функционально замещать аналогичный бактериальный фактор (IF3) в клетках кишечной палочки (E. coli). Для этого мы заменили в бактериальном геноме ген IF3 на ген его митохондриального аналога и оценили скорость роста получившихся мутантных бактерий».
Учёные ожидали, что при замене у E. coli гена IF3 митохондриальным аналогом mtlF3 из пекарских дрожжей мутантные бактерии будут функционировать и размножаться либо как нормальные немутантные бактерии из контрольного эксперимента, либо как бактерии с удалённым геном IF3. Первый вариант свидетельствовал бы о том, что митохондриальный mtlF3 является функциональным аналогом IF3 в бактериальных клетках, второй исход говорил бы о невозможности подобного замещения.
Однако наблюдения учёных не сходились ни с одним из ожидаемых исходов. Оказалось, что мутантные бактерии (без IF3, но с mtIF3) росли еще хуже, чем бактерии просто без IF3. Это говорит о том, что белок, образующийся в результате трансляции с митохондриального гена дрожжей, по какой-то причине токсичен для бактериальной клетки.
«Научное любопытство возобладало над непрофильностью задачи для нашей лаборатории, и мы решили разобраться в причинах подобной токсичности. Логично было предположить, что она каким-то образом связана именно с процессом биосинтеза белка, и даже, скорее всего, с процессами диссоциации и ассоциации рибосомных субъединиц (именно в этом заключается основная функция белка IF3), — продолжает рассказ профессор Пётр Каменский. — В связи с этим, мы выделили из немутантных бактерий рибосомы, добавили к ним IF3 или mtIF3 и проверили, в каком состоянии рибосомы находятся после этого. При добавлении IF3, как это и должно было происходить, мы не наблюдали целых рибосом, а только отдельные субъединицы. А вот при добавлении mtIF3 мы зафиксировали структуру, которая, судя по всему, представляет собой рибосому, в которой субъединицы уже начали расходиться друг от друга, но еще не диссоциировали до конца».
Таким образом, учёные косвенными (биохимическими) методами установили, что, помимо ассоциированного и диссоциированного состояний рибосом, существует некое третье переходное. Чтобы точно подтвердить его существование, необходимы дальнейшие исследования обнаруженного состояния рибосом прямыми методами наблюдений за молекулами посредством рентгено-структурного анализа либо криоэлектронной микроскопии. Эти методы позволяют определить положение каждого атома в молекулах с точностью до десятых долей нанометра и построить 3D-модель.
Зная структуру промежуточного состояния, учёные смогут использовать открытие для поиска антибиотиков нового принципа действия. К большинству существующих промышленных антибиотиков бактерии успели выработать резистентность, поэтому поиск новых принципов борьбы с патогенными микроорганизмами является одной из самых перспективных и актуальных областей молекулярной биологии.
