Биологи прочитали последовательность белка возрастом в 3,8 миллиона лет

Взаимодействующие с минеральным внеклеточным веществом белки могут сохраняться в палеонтологических останках в течение миллионов лет и должны стать новой перспективной целью молекулярной палеонтологии. К такому выводу пришли авторы статьи в eLife, определившие последовательности самых древних на данный момент пептидов — они были выделены из скорлупы страусиных яиц возрастом около 3,8 миллиона лет, что на несколько миллионов лет больше, чем возраст самой древней ДНК.

Известно, что белки могут сохраняться в палеонтологических образцах существенно дольше ДНК. При этом степень сохранности сильно зависит от природы белка — некоторые из них очень лабильны, другие же сохраняются очень хорошо. Природа этой зависимости до сих пор неясна, однако это важный вопрос, так как при анализе полезно знать, какой именно белок можно найти в образце, — иначе интерпретация сырых данных анализа становится затрудненной.

Авторы новой работы не только выделили из скорлупы страусов белки и определили самые древние на сегодняшний день пептидные последовательности, но и проанализировали общие закономерности сохранения белков в палеонтологических образцах. Фрагменты скорлупы разного возраста были найдены при раскопках в Танзании, в знаменитых палеонтологических районах Олдувая и Лаэтоли. Скорлупу предварительно растирали, вымачивали в специальном растворе, а затем исследовали с помощью масс-спектрометрии — метода, который позволяет точно измерять массу (и, как следствие, аминокислотную последовательность) пептидов.

Таким образом ученым удалось найти фрагменты струциокальцинов-1 и 2, структурных белков скорлупы страусов, которые сохранились внутри скорлупы возрастом миллионы лет. Авторы не только определили их последовательность, но и провели молекулярное моделирование взаимодействия белков с кальциевыми кристаллами скорлупы. Оказалось, что именно те фрагменты молекулы, которые непосредственно взаимодействуют с карбонатами, сохраняются в образцах лучше всего. Кристаллы как бы стабилизируют белковую молекулу. На основании этого и других анализов ученые делают вывод о том, что именно на белки такого типа — взаимодействующие с минеральными компонентами внеклеточной среды — следует обратить внимание при дальнейших исследованиях в области молекулярной палеонтологии.

Последовательности древних полимеров, будь то ДНК или белки, могут стать ценнейшим источником информации об эволюции живых организмов — не менее важным, чем физические свойства палеонтологических образцов. Достаточно вспомнить хотя бы обнаружение нового вида человека, денисовцев, на основании одной только прочитанной последовательности ДНК из фаланги пальца, найденной в Денисовской пещере.

За последние 15 лет методы, позволяющие работать с древней ДНК, радикально продвинулись вперед, и теперь даже очень плохо сохранившиеся образцы могут быть использованы для секвенирования. Однако ДНК, к сожалению, довольно быстро разрушается, особенно в теплом климате. Когда фрагментирование полимера достигает некоей критической величины, становятся бессильными любые, даже самые лучшие методы выделения и очистки молекул, так как разрушенную последовательность невозможно восстановить. Возраст самых древних на сегодняшний день образцов ДНК составляет около 700 тысяч лет, они выделены из костей лошадей, сохраненных в арктической вечной мерзлоте и изученных группой Эске Виллерслева. Типичный возраст образцов из находок в районах с более теплым климатом существенно ниже, максимум 50-100 тысяч лет.

Александр Ершов