УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЖГУТИКОВАНИЕ HALOFERAX VOLCANII 7
1.1. Общая характеристика архелл 7
1.2. Регуляция архелляции 15
1.3. Haloferax volcanii как модельный организм для изучения
архелляции 21
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
2.1. Объекты исследования 25
2.2. Реактивы, ферменты и питательные среды 26
2.3. Методы исследования
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Археи - это прокариотические одноклеточные микроорганизмы. Вплоть до конца 70-х годов их не отличали от бактерий. Carl Woese и George Fox в своей статье, вышедшей в ноябре 1977 года, первыми обратили внимание на отличия метаногенных бактерий от типичных. Изначально авторы заинтересовались эволюционными различиями между про- и эукариотами. С помощью сопоставления последовательностей 16S рРНК им удалось разделить все живое не на два царства, как предполагалось ранее, а на три. Особняком стояли метанообразующие бактерии, имеющие сходство как с эукариотами, так и бактериями, но одновременно обладающие уникальными характеристиками (Woese, Fox, 1977). Так, метаногены имеют клеточную стенку, однако не содержат пептидогликанов (Fox et al., 1977), а также им присуще уникальные коферменты и модификации тРНК (Kandler et al., 1977). Таким образом были открыты архебактерии, позже названные археями и выделенные в отдельный домен жизни, наряду с эукариотами и бактериями (Woese et al., 1990). Сейчас археи - активно изучаемая группа организмов, что подтверждается возрастающим количеством отсеквенированных геномов и выделением все новых видов (Adam et al., 2017). Большинство архей являются экстремофилами (галофилы, базофилы, ацидофилы и термофилы) (Пиневич, 2006), однако могут обитать и в более умеренных биотопах, включая микробиом человека (Kasie et al., 2017).
Поверхностные структуры архей достаточно разнообразны. Они обеспечивают клеточную подвижность, адгезию, обмен ДНК, формирование биопленок. Кроме того, эти структуры могут быть задействованы в процессе инфицирования клетки, являясь сайтами прикрепления вирусов (Chaudhury et al., 2018). Интерес представляет органелла клеточной подвижности - жгутик. Как и у бактерий, он выполняет функцию гребного винта, создавая гидродинамическое усилие (Alam, Oesterhelt, 1984). Хотя архейный жгутик и является аналогом бактериального, по архитектуре, механизму сборки и источнику энергии данные структуры принципиально различаются (Albers et al., 2018).
Особенностью архей является распространенность множественности генов структурного белка нити жгутика - археллина. При этом, жгутик может формироваться как из одного, так и из нескольких археллинов сразу. Однако роль данной множественности до конца не ясна. На примере Haloarcula marismortui было обнаружено формирование жгутиков из разных археллинов при изменении солености среды (Syutkin et al., 2018). В данном случае гены археллинов выступают как экопаралоги (т.е. гены, продукты которых выполняют одну и ту же функцию при различных условиях среды), а наличие нескольких археллиновых генов является механизмом адаптации к разным условиям жизни.
Интересно, что у различных представителей архей содержание археллинов в составе филамента может сильно отличаться. Для многих доля одного из археллинов существенно превышает долю других (Meshcheryakov et al., 2019). Для археона Haloferax volcanii, который широко используется в исследованиях в качестве модельного организма, жгутик состоит из двух археллинов, один из которых является мажорным (Tripepi et al., 2013). Однако механизмы, задающие соотношение археллинов в жгутике, до сих пор остаются неясными. Кроме того, влияние условий среды на формирование жгутиков у Hfx. volcanii ранее показано не было.
Исследование свойств жгутиков архей перспективно с биотехнологической точки зрения. В основе их применения лежит идея использования биополимеров в качестве матриц для выведения на поверхность субъединиц некой дополнительной петли пептидной природы, обладающей свойством связывания с заданным лигандом. После проведения необходимых химических реакций могут быть получены наноструктурированные материалы, которые будут обладать заданными (проводящими, полупроводниковыми, магнитными, каталитическими) свойствами (Beznosov et al., 2018). Для создания подобных материалов Hfx. volcanii является перспективным объектом, за счет простоты культивирования и большого арсенала разработанных генно-инженерных методов (Pohlschroder, Schulze, 2018).
Таким образом, цель работы заключается в изучении механизмов регуляции белкового состава жгутиков Hfx. volcanii.
Нами были поставлены следующие задачи:
1. Оптимизировать условия культивирования клеток для получения жгутиков Hfx. volcanii в препаративных количествах.
2. Изучить влияние солености внешней среды на белковый состав жгутиков.
3. Изучить механизмы, регулирующие соотношение археллинов в составе жгутиков.
