Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардской медицинской школы раскрыли загадку, которая десятилетиями приводила в недоумение ученых. Они полностью описали механизм биосинтеза витамина B12 – единственного витамина, синтезируемого только микроорганизмами.
B12 - это самый сложный по своему химическому составу, важнейший для человеческого здоровья витамин. Он вырабатывается микроорганизмами почвы, которые живут в симбиотических отношениях с корнями растений. За исследования, посвященные витамину B12, были присуждены четыре Нобелевских премии, но, до недавнего времени последний этап биосинтеза В12 оставался для ученых тайной. Биологи MIT выяснили, что В12 синтезируется единственным ферментом, и описали новый механизм биосинтеза, так называемый «молекулярный каннибализм», требующий «пожирания» одного витамина другим.
Работа над исследованием началась на практикуме в студенческой лаборатории MIT, - рассказал Грэм Уолкер, профессор биологии в MIT и автор доклада, опубликованного в сетевой версии журнала Nature. В 1980-е годы он проводил исследовательский практикум для студентов, посвященный изучению почвенных бактерий Sinorhizobium meliloti. В ходе этой работы были обнаружены мутировавшие микроорганизмы, неспособные сформировать симбиотических отношений с растениями. Недавно научная группа Уокера обнаружила, что один такой мутант имеет дефектный ген BluB, что мешало ему синтезировать витамин B12.
Выяснилось, что BluB катализирует образование ключевого компонента витамина B12 – диметилбензилимидазола (DMB). DMB объединяется с другим ферментом, произведенным в ходе отдельного процесса биосинтеза, после чего образуется витамин В12. Вероятно, для обнаружения BluB понадобилось столько времени потому, что некоторые бактерии, в которых не достает этого фермента, вырабатывают DMB альтернативным способом, - считает Уокер.
Самым необычным аспектом исследования стало открытие ферментокатализируемого процесса «молекулярного каннибализма», в ходе которого происходит пожирание коферментной формы BluB, происходящей от витамина B2. Витамин B2 (рибофлавин) реагирует с молекулярным кислородом, после чего «разбирается» на структурные фрагменты, один из которых превращается в DMB. Обычно кофермент, полученный от B2, участвует в реакции, временно придерживая электроны и затем отдавая их. В этом случае BluB не пожирает его.
Пожирание кофермента очень редко наблюдалось раньше в биосинтезе витаминов или в других биологических системах. «Почти не существует других примеров химических реакций, в ходе которых кофермент использовался бы в качестве базы для замены одного витамина другим», - сказала Мичико Тага, доцент MIT и соавтор доклада.
Первым ключом к решению вопроса о назначении BluB стали данные о том, что ген, связанный с ним, расположен в близком соседстве с несколькими другими генами, занятыми в процессе биосинтеза витамина B12 у почвенных бактерий.
Однако исследователи еще не были убеждены в том, что один фермент способен осуществить сложный химический процесс, необходимый для производства DMB. «Сначала мы думали, что BluB может быть лишь одним из нескольких ферментов, вовлеченных в синтез DMB» - сказал Уолкер. Для биологов стало полной неожиданностью, то, что они сумели выделить протеин BluB, в одиночку синтезировавший DMB.Николас Ларсен, соавтор доклада и бывший сокурсник Тага, работающий сейчас в Гарвардской медицинской школе, провел кристаллографический анализ протеина BluB, показавший «карман» в протеиновой структуре BluB, в котором осуществляется синтез DMB.
Однако, по словам профессора Уолкера, ученым остается найти причину этого биологического процесса и ответить на вопрос, почему почвенные бактерии занимаются синтезом витамина B12.
Дело в том, что витамин B12 не требуется почвенным микроорганизмам для выживания. Растениям, с которыми они находятся в симбиотических отношениях, он также не нужен. Биологи допускают, что витамин B12 дает бактериям возможность противостоять «натиску» растений в начальный период образования симбиотических отношений.
В процессе синтеза витамина B12 задействовано более 30 генов, и «это слишком много, в том случае, если у организма нет реальной потребности в данном витамине», пояснил Уолкер.
«Ценность этого открытия, дополнившего наше понимание фундаментальных жизненных процессов, возможно, останется неявной в течение нескольких лет, - сказал Уолкер. - В моей научной карьере часто бывали случаи, когда мы делали нечто основополагающее и не могли сразу оценить значение открытия, хотя впоследствии его результаты оказывались очень важными».
Источник :
Комментарии: (3)