Биологи определили молекулярную структуру паутины

Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. Оказалось, что ее свойства зависят от повторов аминокислотных последовательностей в ее составе.

Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Белковые нити пауков прочны на разрыв и крепче стали той же толщины, а также способны проводить электричество. При помещении в организм человека паутина не вызывает иммунного ответа и способна подавлять рост бактерий, и это свойство крайне интересует врачей и биоинженеров, поэтому для ученых важно разобраться в составе и структуре паутины.

В ходе исследования биологи из университетов Пенсильвании, Вермонта и Огайо изучали пауков-кругопрядов (Nephila clavipes), чей геном не уступает по размеру геному человека. У пауков определили 28 генов, кодирующих 28 структурных белков паутины — спидроинов. Часть из этих белков уже была известна, часть ученые открыли впервые.

Спидроины были классифицированы по семи категориям в зависимости от их последовательностей и функций. Например, есть спидроины, которые делают паутину хорошо растяжимой, другие позволяют скреплять нити паутины друг с другом, а третьи делают ее особо липкой, чтобы ловить на нее добычу.

В основе нити паутины лежит особая белковая структура. Ее первичный повторяющийся «мотив» — аминокислотная последовательность. Ученые нашли 394 таких мотива. Последовательности на втором уровне складываются в нечто вроде «кассет» (уникальные варианты мотивов, повторяемых от двух до четырех раз), а на их основе на третьем уровне ученые выделили целые ансамблевые повторы. Такая трехуровневая организация белков паутины с повторяющимися элементами оказывается тесно связанной с функцией разных типов нитей.

В ходе дальнейшего анализа было установлено, что 78% первичных мотивов встречаются в большинстве белков-спиндроинов. То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков. Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны. Собственно, 95% «кассет» были уникальными для каждого вида спидроинов.

Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка.

Как выяснили ученые, в основе создания различных типов паутины лежит явление альтернативного сплайсинга — формирование разных видов белка на основе одного и того же гена. Можно сравнить это с изготовлением бутерброда из сыра, масла, салата, хлеба и ветчины — компоненты можно по-разному комбинировать, и из них будут получаться разные бутерброды, несмотря на одни и те же компоненты. По этому же принципу формируются различные паутинные белки: путем комбинации нескольких вариантов аминокислотных последовательностей организм паука составляет новые виды паутины из одних и тех же белков.

Ученые считают, что расшифровка генома паутины — первый шаг к биотехнологиям на ее основе.

Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics

Источник: chrdk.ru