Коллаген — это белок, из которого состоит 20% всех белков нашего тела. Он скрепляет сухожилия, кости, хрящи и кожу, создавая каркас, в котором клетки живут и развиваются. Но ученые давно ломают голову: как эта молекула, которая при температуре тела должна бы разваливаться, умудряется держать нас собранными? Ответ может помочь в лечении болезней, связанных с коллагеном, — например, синдрома Элерса-Данлоса или диабета.

Физик Нэнси Форд и ее коллега Алаа Аль-Шаер из Университета Саймона Фрейзера решили разобраться, в чем секрет прочности коллагена. Они использовали атомно-силовую микроскопию (АСМ) — метод, который позволяет «ощупывать» молекулы, как пальцами читают шрифт Брайля.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) позволяет изучать поверхность объектов на уровне атомов с помощью тончайшей иглы. Она скользит по образцу, как игла проигрывателя по винилу, и фиксирует малейшие неровности.

Коллаген обычно выглядит как тройная спираль — три нити, скрученные в жгут. Но при нагревании они расплетаются в хаотичные клубки. Ученые сделали сотни снимков, чтобы проследить, как это происходит, и обнаружили любопытную деталь.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Оказалось, что в коллагене IV типа есть аминокислоты — цистеины, — которые работают как скрепки. Они образуют связи между нитями и не дают им развалиться при нагревании. А когда температура падает, такой коллаген снова собирается в спираль. Если этих «скрепок» нет — молекула рассыпается.

Что еще интереснее — такие же цистеины нашли в коллагене IV типа у других многоклеточных организмов, даже у тех, что появились миллионы лет назад.

Значит, они действительно важны, — говорит Форд. — Если бы их можно было заменить без последствий, эволюция давно бы это сделала.

Раньше подобные исследования проводили на коротких искусственных пептидах, но теперь, благодаря АСМ, можно изучать настоящий коллаген во всей его сложности. В будущем ученые хотят исследовать мутировавшие формы этого белка, чтобы понять, как развиваются болезни.

Это исследование — шаг к пониманию, как именно коллаген сохраняет стабильность. Если мы разберемся в механизме «молекулярных скрепок», то сможем:

• Создавать более эффективные методы лечения болезней, связанных с коллагеном (например, улучшить терапию для пациентов с хрупкими костями).
• Разрабатывать синтетические материалы, имитирующие свойства коллагена — например, для регенеративной медицины.
• Лучше понять процесс старения, поскольку с годами коллаген разрушается, и это влияет на кожу, суставы и сосуды.

Исследование сосредоточено только на коллагене IV типа — но в организме есть еще 27 типов, и их стабильность может зависеть от других факторов. Кроме того, эксперименты проводились in vitro (в пробирке), а в живых тканях на коллаген влияют ферменты, клеточное окружение и механические нагрузки.

Ранее ученые научились точно воссоздавать структуру тканей.