УДК 669.712.2
ИЗУЧЕНИЕ СТРЕССА В АРХЕЙНОМ ОРГАНИЗМЕ С ПОМОЩЬЮ ПРОТЕОМИКИ
Тарлыков П.В.
Евразийский Национальный Университет им. Л.Н.Гумилева, Астана, Казахстан.
pavel.tarlykov@gmail.com
Архейный организм S. solfataricus растет при температуре от 60° C до 85° С в диапазоне рН от 1 до 4, и обитает в экстремальных местах обитания, таких как горячие источники. Такие необычные условия окружающей среды не приемлемы для многих организмов, поскольку они приводят к чрезмерному клеточному стрессу. Бактерии, дрожжи и археи развивали различные стратегии по борьбе с клеточным стрессом, однако лишь небольшое число исследований было проведено по исследованию механизмов реагирования на стресс в археях.
Металлы, которые необходимы для активности ферментов, такие как цинк и железо, являются токсичными при высоких концентрациях. Токсичность ионов металлов значительно варьируется от их концентрации, что связано с различиями в растворимости, транспорте, химической активности, и формирование биомолекулярных комплексов внутри клетки или организма.
Известно, что мышьяк является токсичным для многих биологических организмов. В среду, мышьяк в первую очередь попадает в виде его неорганических форм и в основном в двух степенях окисления: арсенит, As (III) и арсенат, As (V). Изучение воздействия мышьяка in vitro и in vivo показало, что арсенат, аналог неорганического фосфата, может проникать в клетки через транспортную систему фосфата и является токсичным, поскольку он препятствует большому числу реакций, в частности, производству АТФ, где он заменяет неорганический фосфат. Токсичность арсенита связана с его сильным сродством к сульфгидрильным группам в белках, что делает его значительно более токсичным, чем арсенат. Хотя мышьяк не обладает выраженными окислительно- восстановительными свойствами, он может переходить между разными степенями окисления, приводя к образованию радикалов. Как следствие, это приводит к истощению внутриклеточного уровня антиоксидантов.
Для того чтобы понять влияние неблагоприятных факторов окружающей среды на протеом S. solfataricus, классические методы протеомики и масс-спектрометрического анализа были применены, что позволило выявить определенные изменения в экспрессии ряда белков.
Изменения в протеоме S. solfataricus изучались с помощью двумерного электрофореза. Культура клеток S. solfataricus подвергалась воздействию различных концентраций As (III). Около 800 бэндов были обнаружены в каждом геле.
Количественный анализ гелей, окрашенных SYPRO, выявил 24 бэнда с различиями в интенсивности флуоресценции (> 1,5-раза). Эти бэнды были вырезаны из геля и подвергнуты протеолизу с трипсином. В итоге 29 белков были идентифицированы с помощью последующего масс-спектрометрического анализа.
Список белков включает в себя белки дегидрогеназ (NAD глутамат дегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназы и т.д.), пероксиредоксин и другие белки (белки теплового шока, протеазы, рибосомные белки). Обнаруженные в этом исследовании сверхрегулируемые белки, такие как белок теплового шока, пероксиредоксин и фактор элонгации-1 альфа являются общеизвестными факторами реагирования на стресс.