Отчет об их новом подходе и открытиях опубликован в журнале Nature.
Исследовательская группа использовала вычислительные методы в сочетании с широким спектром лабораторных методов, чтобы сузить список возможных малых молекул, которые взаимодействуют с неизвестным белком, ферментом (теперь известным как HpbD), и определить его роль в своем хозяине, морской бактерии.
Пелагибака бермуденсис.
По словам профессора биохимии Университета Иллинойса Джона Герлта, профессора биохимии Университета Иллинойса, профессора биохимии Университета Иллинойса, Джона Герлта, одного из пяти соучредителей исследования, цель заключалась не просто в том, чтобы определить функцию белка, а в том, чтобы разработать новый способ работы с огромным и растущим массивом данных о последовательностях, для которых отсутствует функциональная информация. изучение.
«В настоящее время количество белков в базе данных последовательностей белков приближается к 42 миллионам», – сказал Герлт. "Но не более 50 процентов этих белков имеют надежные функции, которые им возложены."
Не зная, что делают все белки, которые кодируются геномом, «невозможно понять биологию организма», – сказал Герлт.
Новое усилие является частью инициативы Enzyme Function Initiative (EFI) в Институте геномной биологии в Иллинойсе. Эта инициатива, финансируемая Национальным институтом общих медицинских наук и возглавляемая Герлтом, предназначена для решения «сложных проблем, которые имеют центральное значение для биомедицинской науки, но выходят за рамки возможностей какой-либо одной исследовательской группы."EFI фокусируется на ферментах бактериального происхождения.
«Было время, когда я извинялся за то, что мы сосредоточились на геномах бактерий, а не на геномах человека», – сказал Герлт. «Однако сейчас точно установлено, что мы не живем изолированно, что с нами связан микробиом, и что микробиом состоит из тысяч различных видов бактерий, населяющих наши тела. Нам очень важно понимать, на что способны эти бактерии."
Мэтью Джейкобсон и постдокторант Сувен Чжао из Калифорнийского университета в Сан-Франциско возглавили вычислительные работы, которые лежали в основе оптимизации процесса открытия белков для группы. Их метод объединяет фермент с десятками тысяч возможных метаболических партнеров, чтобы увидеть, какие молекулы лучше всего подходят друг другу.
Поскольку ферменты действуют на другие молекулы для выполнения определенной функции, идентификация мишени фермента (также называемой его субстратом) дает большой ключ к разгадке активности фермента.
Этот процесс привел к идентификации четырех возможных субстратов (из более чем 87 000 первоначального списка).
Чжао передал личности этих четырех субстратов и вероятный путь действия фермента Герлту и его коллегам (профессору микробиологии Джону Кронану и профессору химии Джонатану Свидлеру, оба из Иллинойса, и Стивену Алмо из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна). Затем началась кропотливая лабораторная работа.
Несколько направлений исследований помогли определить, какой из четырех субстратов действительно взаимодействует с ферментом, подтвердили функцию фермента и химический путь, по которому он действует.
Исследователи обнаружили, что их фермент катализирует первый этап биохимического пути, который позволяет морской бактерии потреблять один из субстратов, идентифицированных в лаборатории Якобсона.
Бактерия использует субстрат, известный как tHypB (tee-hype-bee), в качестве источника углерода.
Что еще более важно, команда обнаружила, что tHypB играет еще одну, возможно, более важную роль в бактериях: он помогает организму справляться со стрессом жизни в соленой среде, сказал Герлт.
По словам Герлта, эта попытка понять функцию одного фермента предлагает целый ряд других преимуществ. Одним из больших преимуществ этого подхода является то, что он помогает идентифицировать ортологи (ферменты, которые выполняют ту же задачу у других организмов).
«В базе данных белков есть десятки ортологов, которые были идентифицированы Патрисией Бэббит и ее коллегами из UCSF, поэтому мы определили не только функцию одного, но и всех этих ферментов», – сказал он. И поскольку исследователи также определили функции всех ферментов в пути, который позволяет микробу потреблять tHypB, их работа предлагает понимание роли ортологичных ферментов в аналогичных путях у других организмов.
Исследователи из EFI работают над разработкой стратегий и инструментов, которые другие исследователи могут использовать для достижения аналогичных открытий.
«Было время, когда исследователь посвятил всю свою карьеру одному ферменту», – сказал Герлт. "Это было давно, хотя некоторые люди до сих пор практикуют это.
Теперь технология секвенирования генома изменила взгляд биологов на проблемы. Мы не можем рассматривать проблемы изолированно."