Ученые обнаружили токсичный белок, который помогает водорослям убивать рыб

Самый крупный белок, когда-либо найденный в биологии, был обнаружен в виде морских водорослей. Названный «Эверестом» среди белков, он играет значительную роль в гибели рыб во время цветения водорослей. Созданный Prymnesium parvum (или золотистые водоросли), данный белок, вырабатывающий токсины, был назван PKZILLA-1 американской группой ученых, в честь гигантского рептильного монстра.

Изучение механизмов синтеза токсина у P. parvum привело к обнаружению новых путей создания веществ, что может открыть возможность разработки новых лекарств и материалов. Белок PKZILLA-1, содержит 45 212 аминокислот, что превосходит по размеру предыдущий рекорд белка титин, состоящий из 30 тыс. аминокислот, и найденный в человеческих мышцах.

Например, белок гемоглобин, который считается более типичным по размеру, имеет всего 574 аминокислоты. Пока ученые говорят о микроскопическом размере, так как их представления о биологических шкалах нужно скорректировать. «Это расширяет наше представление о возможностях биологии», — говорит морской химик Брэдли Мур, из Института океанографии Скриппс в Калифорнии.

P. parvum способен нанести смертельный ущерб жабрам рыб, и ученые продолжают исследовать механизмы создания крупных сложных молекул этими микроскопическими одноклеточными организмами. Мур и его коллеги применили передовые методы генетического анализа для изучения способа, которым водоросли производят примнезиевый токсин. Это исследование привело к выявлению двух крупных генов, отвечающих за создание белков PKZILLA-1 и PKZILLA-2, и затем к самим белкам: ферментам, запускающим процесс синтеза примнезина через длительную последовательность химических реакций.

«Мы смогли обнаружить гены, и оказалось, что для создания гигантских токсичных молекул эта водоросль использует гигантские гены», — говорит Викрам Шенде, из Института океанографии Скриппса. Это новое знание указывает на то, что ученые находятся в более выгодном положении, когда дело касается предотвращения вредных цветений водорослей, вызванных P. parvum. Эти водоросли обитают по всему миру и могут причинить значительные нарушения в водных экосистемах.

Хотя водоросли играют важную роль в морской экосистеме, их массовое размножение из-за повышения температуры воды или загрязнения в результате человеческой деятельности может привести к серьезным последствиям, таким как отравление воды и уменьшение содержания кислорода. Открытие генов, связанных с выработкой токсинов, позволит определять производство ядов заранее. Подобно тестированию на COVID-19, возможно проводить анализ воды на наличие генов PKZILLA.

Команда исследователей считает, что использование генетического подхода, примененного в данном исследовании, может быть полезным для обнаружения и других видов токсинов. Кроме того, стратегии синтеза химических веществ, выявленные в рамках нового исследования, могут эффективно применяться при разработке новых препаратов и материалов. «Изучение того, как природа развила химическую уникальность, дает нам, как ученым, возможность использовать эти знания для создания полезных продуктов, будь то новое противораковое средство или новый материал», — подчеркивает Мур.

Ранее исследователи из Техасского университета в Эль-Пасо обнаружили, что нанопластики и химические вещества PFAS значительно изменяют белки, необходимые для развития человека, такие как белки грудного молока и миоглобин, что может привести к дефектам развития и другим проблемам со здоровьем. Эти выводы подчеркивают острую необходимость в более безопасных альтернативах материалов и служат основой для будущей экологической политики.