Байкальские рачки помогли биологам с мониторингом экологии

Иркутские биологи исследовали рачков-бокоплавов, чтобы проследить эволюцию белков теплового шока – защитников клеток, образующихся в стрессовых условиях, например, при повышении температуры, попадании ядов и инфекций. В результате экологи открыли абсолютно новую, образующуюся в условиях стресса форму семейства белков теплового шока, свойственную только для этих рачков. Эти исследования существенно меняют используемый ранее метод выявления появившихся в стрессовых условиях белков для экологического мониторинга. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в журнале Scientific Reports.

Белки теплового шока (БТШ) образуются в клетках в условиях стресса, например, при повышении температуры, попадании ядов и инфекций. Они есть почти у всех живых организмов и контролируют сборку разных белков как в нормальном, так и в патологическом состоянии. Это одни из наиболее древних белков, призванных защищать клетки в неблагоприятных условиях. Поэтому их структуры очень схожи у всех живых организмов – от бактерий до человека. Эти белки активно применяются в экологии – их содержание позволяет оценить уровень стресса у разных организмов на самых ранних этапах нарушения работы экосистемы.

Семейство белков БТШ70 (число обозначает молекулярную массу в килодальтонах) – наиболее изученное, оно делится на 3 группы. Первая включает белки, постоянно синтезирующиеся в клетке. Вторая группа объединяет те, что образуются только в условиях стресса, а третья – белки, синтез которых происходит и в нормальных условиях, но значительно усиливается в неблагоприятных. Для применения в экологическом мониторинге важно выявить БТШ70 второй группы.

Долго считалось, что вызванные стрессом БТШ70 очень похожи у разных организмов. Однако все больше и больше научных исследований показывали обратное. Вызванные стрессом БТШ70 не подходили в качестве полноценных маркеров стресса у немодельных организмов – тех, которые нечасто выступают объектами исследования из-за того, что обитают на небольших территориях.

Молекулярные экологи из Иркутского государственного университета оценили активность БТШ70 у немодельных организмов – рачков-бокоплавов, обитающих в грунте на дне водоемов. Бокоплавы часто используются в экологическом мониторинге водных обитателей. Ученые провели исследование молекулы РНК, содержащей информацию о первичной структуре белков рачков, обитающих исключительно в Байкале.

В результате экологи открыли абсолютно новую, образующуюся в условиях стресса форму БТШ70, свойственную только для этих рачков. Для проверки результатов рачков поместили в условия стресса – в емкость с температурой до 25 °С. Спустя 24 часа ученые выделили их РНК и "прочитали" генетическую информацию об этих рачках. Активность белков теплового шока действительно многократно усилилась.

Оказалось, что вызванные стрессом БТШ70 не такие древние, как считалось раньше, а образовались по эволюционным меркам относительно недавно.

"У бокоплавов белки рассматриваемого семейства эволюционировали из предкового гена высших раков и подверглись функциональному разделению, – говорит одна из авторов статьи, сотрудница Иркутского государственного университета, кандидат биологических наук Дарья Бедулина. – Разделение белков теплового шока на постоянно синтезирующиеся в клетке и те, что образуются только в условиях стресса, происходило у бокоплавов независимо от других ракообразных".

Это существенно меняет используемый ранее метод выявления появившегося в стрессовых условиях БТШ70 для экологического мониторинга. Исследователи описали составные части (аминокислотные последовательности) полученных белков и нашли особые метки, которые позволят другим ученым быстро выявлять вызванную стрессом форму БТШ70 у бокоплавов.