Многие белки настроены на взаимодействие исключительно с конкретным видом другого белка. Эта избирательность лежит в основе важных внутриклеточных сигнальных путей. Однако, как стало известно благодаря исследованию специалистов из Массачусетского технологического института, клетки используют далеко не весь потенциал белковых взаимодействий.

Незанятые связи мы можем использовать в биотехнологиях и медицине.

Исследователи сосредоточились на одной группе сигнальных путей — так называемых двухкомпонентных системах, состоящих из фермента киназы и белкового субстрата. Они встречаются у различных живых организмов, но наиболее широко представлены у бактерий. Предполагается, что эволюция этих систем происходит за счет дублирования генов уже существующих сигнальных белков. Постепенно копии накапливают мутации и формируют новые молекулярные пути.

Около десяти лет назад было доказано, что за специфичность связи между конкретной киназой и конкретным белком отвечают небольшие фрагменты из пяти аминокислот на каждом из них. Это заставило ученых задаться вопросом, сохранились ли вакантные комбинации белков и если да, то сколько их.

Специалисты из MIT решили выяснить это экспериментальным путем. Они начали с одной пары сигнальных белков кишечной палочки E. coli. В специфические регионы белков PhoQ и PhoP внесли мутации, что в итоге дало 10 000 новых возможных пар белков. Из них в 200 парах партнеры взаимодействовали только друг с другом, но не с родительскими или любыми другими белками.

Выявить незанятые комбинации оказалось довольно легко. Пока неясно, почему одни из них белковые пары клетки используют очень активно, а другие игнорируют.

Исследование открывает дорогу к созданию искусственных сигнальных путей. В качестве доказательства концепции ученые взяли одну из полученных пар и модифицировали ее компоненты. Теперь киназа активировалась определенным растительным гормоном, а субстрат светился желтым в ответ на взаимодействие с киназой.

Эксперимент подтвердил, что в клетку, полную сигнальных путей, можно поместить совершенно новый искусственный путь. И он будет использовать вакантное взаимодействие, не мешая другим белкам.

Среди возможных применений этой технологии — создание живых датчиков на основе бактерий, которые сообщат о болезнях или изменениях в окружающей среде. В теории похожую методику можно использовать и по отношению к клеткам человека — например, перенастроить иммунные клетки на борьбу с раком. Правда, вместо отсутствующих у животных двухкомпонентных систем придется использовать другой сигнальный путь.

Исследователи из Кореи разработали искусственный белок, способный убивать раковые клетки. Он может стать альтернативой традиционной химиотерапии.