ИСТИНА

Способность синтезировать метаболиты возникла в эволюции микроорганизмов задолго до появления высших форм жизни. Предполагается, что эти молекулы могут иметь биологические функции, позволяющие микроорганизмам выживать в изменяющихся экологических условиях. Некоторые из этих соединений (пептиды, небелковые аминокислоты и алкалоиды) токсичны для человека, что делает актуальными исследования причин и условий синтеза этих молекул, их биологической роли и механизмов действия на живые клетки. Наша работа нацелена на выяснение особенностей регуляторного действия небелковой аминокислоты бета-L-аланина (BMAA) на экспрессию белков цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120 с помощью методов протеомики. C использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС) были идентифицированы 1567 различных белков этой цианобактерии. Сравнивались протеомы контрольных клеток (не обработанных ВМАА) и клеток, к которым добавляли ВМАА (20 мкМоль) в трех условиях роста, отличающихся по доступности связанного азота. Протеомные данные позволили установить, что добавление BMAA к клеткам в диазотрофных условиях роста приводит к сильному (до 80%) подавлению экспрессии субъединиц фермента нитрогеназы, отвечающего за осуществление процесса азотфиксации; резко снижается содержание 18 белков, входящих в состав комплексов обеих фотосистем (ФС1 и ФС2), цитохром-b6f-комплекса, антенных пигментных комплексов. Снижается экспрессия субъединиц NAD(P)H-хинон оксидоредуктазы и АТФ-синтазного комплекса. Наиболее существенное различие в экспрессии белков при сравнении действия ВМАА в условиях голодания по азоту и в условиях избытка азота состоит в регуляции ключевого регуляторного белка PII. Во время азотного голодания экспрессия этого белка подавляется, но она активируется в богатых азотом условиях роста. Можно сделать вывод о том, что добавление ВМАА к клеткам цианобактерии приводит к дисбалансу энергии и метаболитов азота и углерода, что индуцирует серьезный внутриклеточный стресс. Он проявляется в повышенном содержании активируемых стрессом белков, белков SOS-ответа и ферментов репарации ДНК, различных протеаз и, в конечном счете, ведет к апоптозу. Полученные результаты позволяют сформулировать гипотезу о возможном экологическом аспекте действия BMAA на развитие сообществ цианобактерий. В периоды жесткой конкуренции за источники питательных веществ различные представители цианобактерий и диатомовых водорослей могут использовать BMAA в качестве аллелопатического инструмента для контроля численности цианобактериальных популяций. Клетки азотфиксирующих цианобактерий подвергаются лизису уже в присутствии микромолярных количеств BMAA. В результате из их погибших клеток высвобождаются растворенные органические соединения, в которых нуждается сообщество микроводорослей.