Внутри наших клеток есть рибосомы — молекулярные фабрики, которые без устали собирают белки, необходимые для жизни. И вот теперь они неожиданно раскрыли свой давно забытый навык, которым не пользовались миллиарды лет.

Команда профессора Чжунгу Ли из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) впервые в мире заставила рибосомы создавать не только линейные белковые цепочки, но и кольцевые структуры. Это открытие опубликовано в авторитетном журнале Nature Communications.

Рибосомы есть у всех живых организмов на Земле. Они работают как высокоточный конвейер, соединяя аминокислоты — молекулярные кирпичики — в длинные белковые цепочки. Скорость их работы поражает: около 20 аминокислот в секунду, что в десятки тысяч раз быстрее, чем в лабораторных условиях.

Но с самого зарождения жизни рибосомы производили только линейные белки. Такие структуры не слишком прочные и плохо связываются с мишенями — вирусами, бактериями или раковыми клетками. А вот кольцевые молекулы гораздо стабильнее, дольше сохраняются в организме и точнее находят свою цель. Проблема в том, что синтезировать их химическим путем сложно и дорого.

Ученые из POSTECH обратили внимание, что многие природные антибиотики, например пенициллин, имеют кольцевую структуру. И задались вопросом: а можно ли научить рибосомы собирать такие молекулы?

Вместо того чтобы модифицировать саму рибосому, исследователи создали 26 новых аминокислот с особыми свойствами. Эти молекулы притягиваются друг к другу прямо внутри рибосомы, формируя кольца в процессе сборки белка.

Эксперименты показали, что теперь рибосомы могут создавать не только линейные цепочки, но и пяти- и шестиугольные структуры. И все это — в естественных условиях, при температуре 37°C и нейтральной кислотности, без дополнительных воздействий.

Это не первое достижение команды профессора Ли. В 2022 году они уже доказали, что рибосомы способны создавать шестичленные кольца — такое в их эволюционной истории случилось впервые. Новое исследование расширило возможности: теперь можно получать и пятичленные кольца, а процессом можно управлять, меняя структуру аминокислот.

Самое удивительное, — говорит профессор Ли, — то, насколько реакции внутри рибосомы похожи на обычные химические процессы. Если мы поймем, как 4500 компонентов рибосомы работают вместе, это изменит наши представления о жизни и эволюции.

Это открытие может перевернуть фармацевтику. Кольцевые белки стабильнее линейных, а значит, лекарства на их основе будут дольше сохраняться в организме и точнее воздействовать на болезнь. Например:

• Антибиотики — устойчивые к разрушению, эффективные против резистентных бактерий.
• Противовирусные препараты — более избирательные, с меньшими побочными эффектами.
• Противораковые терапии — лучше связывающиеся с опухолевыми клетками.

Также технология может пригодиться в биотехнологиях — для создания новых материалов с заданными свойствами.

Пока непонятно, насколько масштабируема эта технология. Синтез модифицированных аминокислот сложен, а выход кольцевых структур может быть низким. Кроме того, иммунная система может воспринимать такие белки как чужеродные.

Ранее ученые выяснили, как крошечный белок руководит рибосомами и раком.