Ученые СПбГУ раскрыли новые механизмы контроля синтеза аргинина у водорослей с помощью кишечной палочки

Фотосинтезирующие организмы, такие как цианобактерии и растения, обычно растут благодаря наличию питательных веществ, а основным фактором, ограничивающим их рост, часто является азот. Аргинин — одна из важных аминокислот, играет ключевую роль в производстве белков, полиаминов и оксида азота, которые помогают этим организмам адаптироваться к стрессовым ситуациям и продолжать рост.

Dunaliella salina (дуналиелла солоноводная) — это одноклеточная зеленая водоросль, живущая в гипергалинных водоемах, отличающихся повышенной соленостью. Ученые нередко изучают ее, потому что именно эта водоросль умеет адаптироваться к подобным условиям и производить полезные вещества, в частности природные пигменты каротиноиды. Так, один из вопросов, стоящих перед исследователями, — как именно это растение контролирует биосинтез аргинина.

По словам ученых СПбГУ, обычно такой контроль осуществляется ключевым ферментом N-ацетил-L-глутаматкиназой, который у фотосинтезирующих организмов управляется специальным белком PII. Он активирует фермент при высоких уровнях аргинина, чтобы обеспечить дополнительный синтез этой важной аминокислоты.

Ранее считалось, что это единственный способ контроля синтеза аргинина у растений, однако исследования ученых Санкт-Петербургского университета, проведенные совместно с Хэбэйским сельскохозяйственным университетом, показали, что существуют и другие способы регулирования этого процесса.

«Мы получили белки N-ацетил-L-глутаматкиназа и PII из водоросли Dunaliella salina, синтезировав их в бактериях Escherichia coli, известных как кишечная палочка, и очистив их методом аффинной хроматографии. Оказалось, что белок PII этой водоросли не снимает блокировку фермента, вызванную аргинином. Это подтвердили эксперименты с использованием поверхностного плазмонного резонанса, показавшие отсутствие взаимодействия между этими двумя белками. Таким образом, мы впервые продемонстрировали, что контроль синтеза аргинина у водорослей может происходить вообще без участия белка PII», — объяснила заведующая лабораторией адаптации микроорганизмов СПбГУ Елена Ермилова.

Второй важный результат был получен при создании гибридного белка, в котором С-конец PII Dunaliella salina ученые заменили на С-конец из PII другой зеленой водоросли рода хламидомонады — Chlamydomonas reinhardtii. Гибридный белок PII восстановил способность регулировать N-ацетил-L-глутаматкиназу. Тем самым впервые удалось продемонстрировать функциональную роль С-конца сигнального белка из консервативного семейства PII.

Как объясняют исследователи Санкт-Петербургского университета, эти данные подтверждают предположение, что в ходе эволюции растения адаптировали свои PII-белки для регулирования работы определенного фермента, тогда как у бактерий эти же белки участвуют в сложных процессах обмена веществ. Кроме того, проведенное исследование помогает понять механизмы устойчивости растений к высоким уровням соли. По словам ученых, возможно, потеря контроля над синтезом аргинина происходит и у других растений, живущих в условиях повышенной солености.

В работе использовалось оборудование ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» Научного парка СПбГУ.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plant Science.