01.02.2017

Белки динозавров

Два новых исследования показывают возможность выделить фрагменты белков гораздо более древних животных, чем считалось ранее. В одном из них авторы во главе с палеонтологом Мэри Швейцер (Mary Schweitzer) из Университета Северной Каролины сообщают о получении коллагена из динозавров, живших около 80 миллионов лет назад. В другой работе говорится о сохранении даже белка возрастом 195 миллионов лет.

Специалист по изучению древних белков Энрико Каппеллини (Enrico Cappellini) из Музея естественной истории Копенгагена, комментируя работу Швейцер и ее коллег, выразил убежденность в подлинности представленных ими доказательств. Он считает, что подобные работы могут в ближайшем будущем превратить палеонтологию динозавров в молекулярную науку, то есть устроить в ней такую же революцию, какую изучение древней ДНК произвело в исследованиях эволюции человека.

В 2007 и 2009 годах Мэри Швейцер и ее коллеги опубликовали в журнале Science статьи, где рассказывалось о выделении неповрежденных фрагментов белков из останков динозавров возрастом 60 и 83 миллиона лет. Однако эти заявления были встречены с большим скептицизмом другими палеонтологами и биохимиками, которые не видели способа сохранить хрупкие органические молекулы в течение столь долгого срока и подозревали, что использованные в работах образцы были загрязнены современными белками.

На международном симпозиуме по биомолекулярной археологии в сентябре прошлого года Энрико Каппеллини и биохимик Мэтью Коллинз (Matthew Collins) из Университета Йорка сообщили, что им удалось выделить и секвенировать фрагменты белковых молекул из яйца страуса возрастом 3,8 миллиона лет, обнаруженного в слоях туфа в танзанийской местности Лаэтоли. Большинство коллег сочло их результат вполне убедительным.

Нынешние исследования также вызывают доверие научного сообщества. Мэри Швейцер, ее постдок Елена Шретер (Elena Schroeter) и их соавторы сообщают в Journal of Proteome Research, что они полностью переработали схему эксперимента 2009 года, чтобы исключить любую возможность загрязнения образцов. Для исследования были взяты останки того же утконосого динозавра вида Brachylophosaurus canadensis возрастом 80 миллионов лет, что и ранее. Исследователи применили новую процедуру извлечения потенциальных белков из кости и идентифицировали фрагменты белка в масс-спектрографе и сопоставили их с белками других видов животных. Для чистоты эксперимента масс-спектрометр был предварительно разобран и каждая его деталь была промыта метанолом, чтобы удалить любые потенциальные загрязнители. Затем прибор собрали вновь. «Единственное, что осталось тем же самым, что и в 2009 году, это сам динозавр», – рассказывает Мэри Швейцер.

В работе 2009 года Швейцер и ее коллеги определили три фрагмента белка, который называется коллаген I типа. Это основной белок соединительной ткани и он в изобилии встречается в костях. Каждый фрагмент, как показало исследование при помощи масс-спектрометра, состоял из примерно пятнадцати соединенных аминокислот. В нынешнем исследовании ученым удалось идентифицировать восемь фрагментов белка, два из которых совпали с теми, что были определены в 2009 году. По словам Мэри Швейцер, невозможно, чтобы в обоих случаях одинаковые белковые фрагменты попали в образец вследствие загрязнения.

Три первоначально выделенных фрагмента белка по своей структуре были наиболее близки коллагену современных крокодилов и других рептилий. Однако новые данные указывают, что коллаген Brachylophosaurus canadensis имел значительное сходство с коллагеном птиц. Это не удивляет палеонтологов, так как птицы считаются современными потомками динозавров.

Как именно белковые последовательности сохранились в течение десятков миллионов лет, пока сказать трудно. Мэри Швейцер предполагает, что после смерти животного распадающиеся эритроциты выделяют освободившееся из гемоглобина железо, которое может вступить в реакцию с соседними белками, связывая их. В результате этой реакции белки выпадают в осадок из раствора, что способствует их дальнейшему сохранению. Мэтью Коллинз считает такой сценарий возможным, но сомневается, что данный путь способен продлить существование белков на столь длительный срок. Процесс распада, по мнению Коллинза, может быть замедлен, но его невозможно остановить.

Вторая статья, опубликованная в журнале Nature Communications, предлагает исследование еще более древних белковых молекул, но снабжена более слабыми доказательствами по сравнению с работой Швейцер и ее коллег. Исследователи под руководством палеонтолога Роберта Рейша (Robert Reisz) из Университета Торонто сообщают об обнаружении коллагена в ребрах большого травоядного динозавра возрастом 195 миллионов лет, обитавшего на юго-западе современного Китая. Данный вид известен под названием люфенгозавр (Lufengosaurus). В 2013 году Робер Рейш и его коллеги обнаружили большое количество яиц люфенгозавров, содержавших эмбрионы.

В нынешнем исследовании Рейш и его коллеги применили спектроскопию комбинационного рассеяния света и инфракрасную спектроскопию синхронного излучения на основе преобразования Фурье (SR-FTIR), что позволяет исследовать образцы без их предварительной очистки, а значит, снизить риск загрязнения. Как сообщают ученые, ребро динозавра поглощает инфракрасное излучение в тех длинах волн, которые соответствуют значениям у коллагена современных животных.

Швейцер и Каппеллини отмечают, что SR-FTIR хорошо отслеживает амидные связи, которые соединяют аминокислоты в белках, но он не способен определенить, какой именно белок присутствует или установить последовательность аминокислот во фрагменте белка. Также этот метод не позволяет исключить амидные связи из других, небелковых соединений. Мэри Швейцер говорит, что хотела бы увидеть решающие доказательства, например, реакцию белка из ребра динозавра с антителом, которое связывается исключительно с коллагеном и ни с чем другим. Роберт Рейш согласен с необходимостью таких доказательств и рассчитывает, что их получение станет следующим шагом в исследовании. Только для этого ему потребуется сотрудничество с другими специалистами.

Помимо достижений в выявлении древнего коллагена Мэри Швейцер и ее сотрудники занимаются и другими соединениями. В 2015 году они опубликовали статью в журнале Analytical Chemistry, где описали выделение фрагментов восьми других белков из останков динозавров и древних птиц, в том числе гемоглобина крови, цитоскелетного белка актина и гистонов, которые помогают упаковать молекулу ДНК. Сравнивая аминокислотные последовательности этих белков с белками современных видов, можно установить пути эволюции, подобно тому, как это делается при исследовании древней ДНК.

Команда Мэри Швейцер уже не единственная, кто использует такие методы. Поэтому в ближайшем будущем следует ждать появления работ, которые будут описывать эволюционные отношения между различными группами динозавров и других давно вымерших животных на основе структуры их белков.

Максим Руссо

Источники:

1. polit.ru