Автор: Песах Бенсон • 3 декабря 2025 года
Иерусалим, 3 декабря 2025 года (TPS-IL) — Некоторые из самых выносливых микроорганизмов Земли, обитающие в вулканических кратерах, горячих источниках и подводных вентиляционных отверстиях, развили замечательную способность поддерживать работу своей клеточной машины даже при экстремально высоких температурах, которые уничтожили бы большинство форм жизни. Теперь международная команда, возглавляемая Институтом Вейцмана в Израиле, раскрыла химические приемы, которые используют эти термофильные микроорганизмы, в исследовании, которое может открыть путь к более стабильным вакцинам, лучшим методам лечения рака и другим медицинским и промышленным технологиям.
Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Cell, сосредоточилось на рибосоме — клеточной структуре, производящей белки во всех организмах.
Рибосомная РНК подвергается химическим модификациям после ее синтеза, но объем и изменчивость этих изменений оставались неясными. «До недавнего времени считалось, что редактирование РНК является однородным в рибосомах разных организмов и не изменяется в зависимости от окружающей среды», — сказал профессор Шрага Шварц из отдела молекулярной генетики Института. «Однако накопились доказательства в нескольких видах, что редактирование может быть динамичным и позволять структуре рибосомы адаптироваться».
Существующие методы могли обнаруживать только одну модификацию за раз. Новый подход, разработанный в лаборатории Шварца под руководством доктора Мигеля А. Гарсии Кампос, позволяет одновременно исследовать 16 модификаций в десятках образцов РНК. Исследователи картировали модификации в 10 одноклеточных видах и сравнили их с четырьмя ранее изученными, намеренно выбирая организмы из экстремальных условий.
Результаты оказались поразительными.
«Хотя у большинства бактерий и архей имеется несколько десятков модификаций в рибосомной РНК, у гипертермофильных видов мы обнаружили сотни», — сказал Шварц. «Чем теплее естественная среда обитания организма, тем больше редактирования он выполняет».
Команда проверила, может ли вид повторно редактировать свою РНК в ответ на изменения температуры. Виды, привыкшие к умеренным условиям, показали небольшие изменения, в то время как гипертермофилы продемонстрировали значительную гибкость. Почти половина их модификаций РНК была динамичной, увеличиваясь по мере повышения температуры роста. Реструктуризация рибосомы, заключили они, является центральной для выживания в экстремальной жаре.
Три типа модификаций увеличивались с температурой. Одна из них — метилирование — почти всегда появлялась вместе с ацетилированием. «Это привело к гипотезе о том, что модификации работают вместе», — сказал Шварц. Работая с группой профессора Себастьяна Глатта в Кракове, они тестировали молекулы РНК без модификаций, с каждой отдельно и с обеими вместе. «Оба — метилирование и ацетилирование — стабилизируют РНК, но вместе они дают больший эффект, чем сумма их частей», — сказал Шварц.
Чтобы понять структурные эффекты, команда сотрудничала с группой профессора Моран Шалев Бен-Ами, которая использовала крио-электронную микроскопию для картирования рибосом в двух условиях — когда фермент метилирования был активен и когда он был подавлен. Метильные группы при высоких температурах образовывали многочисленные слабые связи с соседними молекулами, укрепляя рибосому и уменьшая структурные зазоры.
Это открытие может объяснить фармацевтический «магический метил» — резкое увеличение эффективности лекарств, иногда наблюдаемое при добавлении метильной группы. «Теперь возможно, что некоторые изменения редактирования РНК, такие как метилирование и ацетилирование, не являются изолированными, и что мы должны расшифровывать их как непрерывный код», — сказал Шварц.
Полученные результаты могут помочь в медицине и разработке лекарств. Раскрывая, как гипертермофилы химически модифицируют РНК для сохранения стабильности, ученые могут разработать молекулы, которые противостоят деградации — главной преграде для РНК-вакцин, методов лечения рака и инструментов редактирования генов.
Помимо медицины, исследование имеет промышленные приложения. Понимание адаптации рибосом может позволить инженерам разрабатывать микроорганизмы, способные эффективно производить белки в жестких условиях, улучшая производство биотоплива и химический синтез. Открытие того, что модификации РНК могут функционировать как скоординированный «код», открывает путь к созданию индивидуально разработанных молекул РНК с предсказуемыми свойствами для диагностики, биосенсоров и терапевтических средств, которые стабильны в различных условиях.
Поскольку РНК-вакцины, диагностика и методы лечения меняют медицину, Шварц считает, что эти открытия могут привести к новым прорывам. «Процесс естественного редактирования РНК прошел миллиарды лет совершенствования, и раскрытие его секретов может позволить разработать более надежные и эффективные технологии на основе РНК», — сказал он.
Связанные темы
