Знание-сила, 2006 № 08 (950) (Журнал «Знание-сила») - страница 60
Оказывается, что простые соображения, основанные на сходстве с уже известными белками, позволяют установить клеточную роль для половины или даже до двух третей генов новосеквенированного генома, и общую биохимическую функцию для еще 10—20 процентов генов. Это позволяет описать в общих чертах метаболизм изучаемой бактерии и затем перейти к детальной метаболической реконструкции, то есть к описанию всех метаболических путей, закодированных в геноме.
Часть этой задачи решается так, как мы только что рассмотрели, а часть — нет. В нашей картине остаются пробелы, т. е. функции, которые должны присутствовать, исходя из общих соображений биохимической осмысленности, однако гены для которых не найдены. Например, внутренние реакции в линейных путях — мы точно знаем из биохимии, что такие внутренние реакции обязательно происходят, или молекулы-транспортеры исходных веществ-предшественников — они также обязательно должны быть в клетке. Попробуем заполнить эти пробелы методами сравнительной геномики, параллельно описывая механизмы регуляции и эволюции метаболических путей и регуляторных систем.
Механизм поддержания гомеостаза цинка. При достаточной концентрации ионов цинка (точки) в клетке его хватает и для основных белков рибосом (незакрашенные круги), и для ферментов (треугольники).
Репрессор (прямоугольник) в присутствии иона цинка взаимодействует со своим сайтом связывания (черный овал) и подавляет транскрипцию (угловая стрелка) гена дополнительного белка рибосом (большая стрелка).
При недостатке цинка репрессор оставляет свой сайт связывания, происходит транскрипция гено дополнительного белка, зтот белок включается в состав части рибосом (серые круги), заменяя основной белок (черная стрелка) и тем самым высвобождая часть ионов цинка для ферментов (черная пунктирная стрелка)
Откуда берутся пробелы? Дело в том, что даже в родственных организмах белки с одинаковой функцией могут быть не очень похожи. Более того, для известных функций разные организмы могут использовать совершенно новые белки, колируемые, естественно, совершенно новыми генами. Даже среди реакций основного обмена веществ более сотни не представлены ни одним известным геном, и еще больше реакций, которые известны лишь в некоторых таксономических группах и не известны, например, в бактериях. С другой стороны, примерно 5—10 % каждого бактериального генома составляют гены из консервативных семейств, присутствующих практически в каждом геноме, но при этом не включающих ни одного экспериментально охарактеризованного гена. Консервативность и широкое распространение этих генов указывает на их важность, и ясно, что они-то и кодируют "отсутствующие" функции.