Стало известно, как бактерия GFAJ-1, которая едва не заставила учёных пересмотреть базовые аксиомы биологии, может отличать фосфор от мышьяка, даже когда мышьяка оказывается в несколько тысяч раз больше.
История с «псевдомышьяковыми» бактериями, которая, казалось бы, получила завершение в июле этого года, продолжает волновать умы. Напомним, что пару лет назад группа учёных сообщила об обнаружении бактерий GFAJ-1, которые могут использовать мышьяк вместо фосфора. Эта тема мгновенно обросла разнообразными спекуляциями, вплоть до обсуждения возможности альтернативных форм жизни, но вскоре появились опровержения: бактерии, хотя и живут в сверхмышьяковой среде, для своих нужд используют всё-таки фосфор.Однако на смену одной загадке пришла другая. Если бактерии действительно предпочитают фосфор, то как они отличают его от мышьяка? Источником фосфора для клетки служит остаток фосфорной кислоты PO43–, который чрезвычайно похож на остаток мышьяковой кислоты (арсенат-ион) AsO43–. Как белки бактерий GFAJ-1 и родственных им видов отличают один ион от другого? Чтобы выяснить это, исследователи из Института Вейцмана (Израиль) сравнили строение и функции пяти белков, которые связывают фосфат и переправляют его в бактериальную клетку. Эти пять белков взяли из четырёх видов бактерий, два из которых были чувствительны к мышьяку, а другие нормально переносили его присутствие в среде. Белки помещались на сутки в раствор с разным соотношением фосфата и арсената, после чего исследователи проверяли, какие молекулы связали фосфат, а какие — арсенат.
Даже 500-кратное преобладание арсената не могло заставить белки связать его вместо фосфат-иона, сообщают учёные в журнале Nature. Но белок из пресловутых «псевдомышьяковых» GFAJ-1 оказался удивительнее всех: он не связывал мышьяк, даже если его концентрация была в 4 500 раз больше, чем концентрация фосфора. Исследователи подробно изучили механику связывания AsO43– с одним из «простых» белков, взятых из бактерии Pseudomonas fluorescens.
Оказалось, что арсенат-ион, который лишь ненамного больше фосфат-иона, расшатывает и ослабляет единственную связь, принадлежащую одному из атомов водорода молекулы белка. Этот атом участвует в присоединении иона к белку, и в случае плохой связь с остальной белковой молекулой никакого связывания не происходит. Однако у мутантных белков эта связь может быть слишком прочной, и в результате клетка с таким белком окажется отравленной мышьяком. Возможна мутация и с обратным эффектом, когда вероятность того, что белок свяжет арсенат-ион, окажется ещё меньше. Именно такое усовершенствование и могло произойти у GFAJ-1.
В целом бактерии GFAJ-1 оказались не такими уж исключениями из общего правила: всякая клетка старается не допустить проникновения мышьяка в цитоплазму, просто у GFAJ-1 это получается лучше всех. Настолько лучше, что может показаться, будто у них есть какой-то особенный, специальный механизм.
Как бы то ни было, новые результаты отвечают на вопрос, как бактериям удаётся добывать фосфор в среде, переполненной мышьяком, и это окончательно хоронит надежды на «альтернативную форму жизни» — по крайней мере в отношении этих бактерий.
