Знание-сила, 2006 № 08 (950) (Журнал «Знание-сила») - страница 61
Заполнение пробелов основано на ряде наблюдений, сделанных после начала массового секвенирования геномов. Гены, кодирующие связанные функции, часто располагаются в бактериальных геномах рядом друг с другом. Такими функциями могут быть соседние реакции из одного пути, транспорт веществ-предшественников, регуляция транскрипции генов изданного пути и т.п. Конечно, то, что гены, кодирующие ферменты из одного пути, могут образовывать опероны (последовательные группы совместно транскрибируемых генов), было известно уже давно, однако только сравнение многих геномов позволило реализовать это общее наблюдение в алгоритмах, дающих количественную оценку потенциальной функциональной связи для каждой пары генов. Аналогично, существуют алгоритмы функциональной аннотации, основанные на том, что функционально связанные гены встречаются в геномах не независимо, а целой группой. Опять же, этому есть естественное биологическое объяснение: конкретная биохимическая реакция существенна для клетки не сама по себе, а лишь в контексте целого метаболического пути, и потому в геномах не встречаются гены, отвечающие за изолированные реакции, — продукты таких генов не нужны организму, ему их просто "некуда девать".
В качестве примера рассмотрим работу, в которой приемы сравнительной геномики позволили описать новые аспекты хорошо изученной системы гомеостаза цинка, ионы которого входят в состав многих необходимых для жизни клетки ферментов.
При сравнительном анализе геномов бактерий было обнаружено, что во многих бактериальных геномах имеются гены, кодирующие белки, гомологичные белкам рибосомы. Более того, оказалось, что в таких случаях основной белок имеет последовательность аминокислот, характерную для цинк-связывающих белков — так называемый "мотив цинковой ленты", а в дополнительных гомологичных белках этот мотив разрушен.
Встал вопрос: зачем нужны эти дополнительные белки, что они делают?
Так выглядит бактерия Escherichia coti —известная всем кишечная палочка
При более подробном анализе с использованием совершенно других приемов удалось установить, что гены, кодирующие эти дополнительные белки, имеют сайты связывания для белков — репрессоров транскрипции, работа которых зависит от наличия ионов цинка. Если цинка в клетке достаточно, репрессор связывается с таким сайтом и подавляет работу гена — дополнительные белки не производятся. Они синтезируются лишь при недостатке ионов цинка, после чего включаются в состав рибосом, вытесняя из них основные белки. Возможно, рибосома начинает работать несколько хуже, зато для ее работы уже не нужны ионы цинка. Это очень важный регуляторный механизм. Рибосом и рибосомных белков в клетке очень много — по крайней мере, на два порядка больше, чем молекул любого фермента. Между тем для работы многих клеточных ферментов цинк тоже абсолютно необходим, и без этого механизма им ионов цинка просто "не достанется" — в случае его нехватки все уйдет в рибосомы.