Новости химической науки > Получен гемоглобин мамонта

Внедрив ген шерстистого мамонта, примерный возраст которого датируется 43000 годами, в генетический код бактерии Escherichia coli bacteria, исследователи выяснили, как эти древние млекопитающие могли приспосабливаться к отрицательным температурам доисторической Сибири и Северной Америки.

Ген, отвечающий за экспрессию гемоглобина, белка, ответственного за перенос кислорода в организме, способствовал тому, что ткани животного снабжались кислородом даже при чрезвычайно низких температурах. Возглавлявший исследование Кевин Кэмпбелл (Kevin Campbell) из Университета Манитобы (Канада) отмечает, что проделанную работу можно сравнить с путешествием в прошлое на сорок тысяч лет с целью взять образец крови у живого мамонта.

Гемоглобин шерстистого мамонта содержит необычные для «современного» гемоглобина участки (отмечены синим), которые взаимодействуют с другими участками (отмечены красным); это взаимодействие позволяет переносить кислород с постоянной скоростью, не зависящий от температуры окружающей среды. (Рисунки: Мамонт –Королевский музей Британской Колумбии, структура белка – Joerg Stetefeld)

Исследователи из группы Кэмпбелла получили ДНК из костей мамонта, сохранившегося в условиях сибирской вечной мерзлоты. Кэмпбелл, специалист по физиологии мамонтов, долого шел к своему открытию. Около десяти лет назад он увидел передачу про мамонта, сохранившегося в условиях вечной мерзлоты, по каналу Discovery Channel и предположил, что такие останки могут ответить на вопросы о физиологии мамонтов.

Кэмпбелл совместно с экспертом по ДНК Аланом Купером из Университета Аделаиды (Австралия) смог выделить ген мамонта, ответственный за экспрессию гемоглобина, после чего ген был внедрен в генетическую последовательность бактерии E. Coli. Как отмечает Кэмпбелл, главная цель работы состояла в лабораторном получении гемоглобина мамонта (подобным способом с помощью микроорганизмов получают, например, такие белки человека, как инсулин). Исследователь из Канады подчеркивает, что, несмотря на то, что хотя молекулы гемоглобина были получены в организме бактерии, они абсолютно идентичны тому гемоглобину, который когда-то вырабатывался клетками мамонта.

Полученный гемоглобин мамонта сравнили с гемоглобинами индийских и африканских слонов (также полученных в лаборатории за счет внедрения генов слонов в генетический аппарат E. Coli). Гемоглобин слона во многом похож на гемоглобин человека, и переносит кислород эффективнее при более высоких температурах, что способствует приоритетному переносу гемоглобина к тем мышцам, которые сокращаются активнее. В отличие от гемоглобина слона или гемоглобина человека гемоглобин мамонта высвобождает кислород с постоянной скоростью, которая не зависит от температуры.

Различие в строении молекул гемоглобина, полученных из различных источников, может объяснить, как мамонты, произошедшие от слоноподобного африканского предка, смогли адаптироваться к холоду. Кэмпбелл предполагает, что помимо густого шерстяного покрова, крошечных ушей и способностей существенно охлаждать конечности для сохранения энергии (подобной физиологией обладают также северный олень и мускусный овцебык). Однако сильное охлаждение конечностей, в свою очередь, приводило к вопросу о том, насколько эффективно мог происходить перенос кислород при низких температурах. Исследования показали, что эволюция мамонтов привела к образованию гемоглобина такого типа, который позволял конечностям «дышать» даже при низкой температуре.

Специалист по мамонтам Ральф-Дитрих Кальке (Ralf-Dietrich Kahlke) из Исследовательского Института Сенкенберга (Веймар, Германия) заявляет, что полученные канадскими коллегами результаты согласуются с представлениями о временной шкале и направлениях эволюции мамонтов, наглядно демонстрируя возможности выяснения особенностей обмена веществ и физиологии.

Источник: Nature Genetics, 2010, doi:10.1038/ng.574

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #молекулярная биология