Российские ученые "подсмотрели" в природе новый способ хранения клеток

МОСКВА, 20 окт — РИА Новости.

Ученые СПбПУ Петра Великого и Института цитологии РАН предложили использовать для хранения замороженных биологических образцов природный защитный механизм, который помогает клеткам устойчиво переносить резкие колебания температуры. Этот подход может оказаться особенно полезным в биотехнологии, медицине и при длительном хранении клеточного материала, где важно сохранить структуру и жизнеспособность образцов.

По словам исследователей, ключевую роль в таком способе защиты играет особый «белок-хранитель», выделенный из бактерии Acholeplasma laidlawii. Именно он помогает сохранять целостность клеток и снижает повреждения, возникающие при охлаждении и последующем размораживании. Результаты работы опубликованы в журнале Biomolecules.

Acholeplasma laidlawii — широко распространенный микроорганизм, который нередко встречается в сельском хозяйстве и лабораторных исследованиях как нежелательный контаминант. Из-за необычного строения эта бактерия способна проникать даже через очень тонкие фильтры с порами размером 0,1 мкм, что делает ее особенно интересной для ученых, изучающих устойчивость микроорганизмов и механизмы их выживания.

Специалисты отмечают, что подобные природные решения могут стать основой для более эффективных методов криоконсервации. В будущем это позволит лучше защищать биоматериалы от повреждений при длительном хранении и повысить надежность технологий, связанных с работой с клетками и микроорганизмами.

Этот микроб, как выяснили специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), может вызывать у растений заболевания, по симптомам и механизму развития похожие на фитоплазмозы. Такие инфекции особенно опасны для сельскохозяйственных культур, поскольку способны нарушать нормальный рост, развитие и урожайность растений.

По словам одного из авторов исследования Алексея Ведяйкина, бактерия не только легко распространяется и заражает окружающие организмы, но и обладает высокой устойчивостью к температурным стрессам. При этом ее защитный механизм отличается от того, который обычно наблюдается у других микроорганизмов. Как правило, у бактерий есть два типа белков теплового шока: один отвечает за образование нитей, а другой — за формирование клубков. У кишечной палочки, например, именно такие структуры помогают клетке сохранять форму в неблагоприятных условиях.

Однако в данном случае речь идет о более необычном способе адаптации. Клубкообразные структуры защищают клетку от перегрева и не дают ей деформироваться при высокой температуре, а нитевидные формы помогают ей не разрушаться и не «сжиматься» при холоде. Благодаря такой особенности микроб может выживать в более широком диапазоне условий, что делает его особенно устойчивым и потенциально опасным для растений.

Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с учеными Института цитологии РАН установили, что механизм защиты от низких температур у бактерии Acholeplasma laidlawii устроен необычным образом. В отличие от большинства бактерий, где за холодовую устойчивость отвечают сразу два белка, здесь эту роль выполняет только один белок — IbpA. Более того, он способен заменять функции обоих белков благодаря встроенному молекулярному переключателю, который меняет его поведение в зависимости от температуры.

Это открытие важно для понимания того, как живые организмы приспосабливаются к резким изменениям окружающей среды. Ученые выяснили, что при понижении температуры до 4 °C белок IbpA выстраивается в длинные нитевидные структуры, которые помогают клетке сохранять работоспособность в холоде. При этом такие нити остаются функционально активными и продолжают выполнять защитную роль, что делает механизм адаптации особенно эффективным.

Когда температура повышается до 42 °C, поведение белка меняется: вместо нитей он образует крупные шаровидные агломераты размером примерно 50 нм. Такой переход подтверждает, что белок способен переключаться между разными формами организации, обеспечивая бактерии выживание в широком диапазоне температур. Биологи отмечают, что подобный температурный переход в естественных условиях был продемонстрирован впервые, а значит, открытие может стать основой для новых исследований в области молекулярной биологии и адаптации микроорганизмов.

Переписанный текст:

В ходе исследования ученые отметили, что в оптимальных для бактерии условиях — при температуре 30–37 °C — внутри клетки одновременно присутствуют обе формы белка, однако чаще наблюдаются небольшие глобулы, или «шарики». Такое состояние позволяет бактерии быстро адаптироваться к изменениям внешней среды и поддерживать работу жизненно важных процессов. По словам Алексея Ведяйкина, переход белка из одной формы в другую происходит очень быстро и является обратимым: образование нитей занимает около 10 минут, а их распад — всего 2–3 минуты. В живой клетке при понижении температуры белок смещается к мембране, где начинает концентрироваться и взаимодействовать с другими ферментами, помогая клетке выживать в стрессовых условиях.

Кроме того, специалисты подчеркнули, что эта бактерия представляет серьезную угрозу, поскольку может выступать опасным загрязнителем сельскохозяйственных культур и медицинских клеточных систем. Именно поэтому изучение ее защитных механизмов имеет большое практическое значение. Более глубокое понимание того, как бактерия перестраивает свои белки и адаптируется к холоду, в будущем может помочь создать новые способы очистки от бактериального загрязнения, повысить безопасность биотехнологических процессов и разработать более эффективные методы защиты урожая.

Современные исследования адаптации живых систем к низким температурам открывают новые возможности не только для фундаментальной биологии, но и для практической медицины и биотехнологий. В этом контексте особый интерес представляет изучение того, как белки теплового шока, или шапероны, функционируют в условиях холода и какие защитные механизмы они включают в клетках.

"Кроме того, изучение работы таких белков теплового шока — шаперонов — на холоде важно для совершенствования технологий заморозки и хранения биологических материалов, поскольку понимание их роли помогает повысить устойчивость клеток к повреждениям и снизить потери при охлаждении", — добавил ученый. Эти данные могут быть полезны при разработке более эффективных протоколов криоконсервации, а также при длительном хранении клеток, тканей и других биологических образцов.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-24-01179). Полученные результаты создают основу для дальнейших исследований, направленных на повышение надежности методов сохранения биоматериалов и расширение их применения в науке и медицине.

Источник и фото - ria.ru