Малярійний плазмодій
Починаючи з 1960-х років по всьому світу поширилися штами малярійного плазмодія, стійкі до хлорохіну – лікам, яке раніше було найефективнішим протималярійних засобом. Хлорохін вперше синтезували в 1934 році. Завдяки своїй ефективності і дешевизні він незабаром став головною зброєю медиків у боротьбі з малярією, відтіснивши хінін та інші препарати на другий план. Але вже через чверть століття, наприкінці 1950-х років, майже одночасно в двох точках земної кулі – в Колумбії і Таїланді – з’явилися штами збудника малярії Plasmodium falciparum, стійкі до хлорохіну. Протягом наступних 20 років вони поширилися з цих двох центрів по всіх територіях, де зустрічається малярія.
Генетики встановили, що причиною стійкості є мутації в одному з генів паразита. Білок, який кодується цим геном, отримав назву PfCRT (Plasmodium falciparum Chloroquine Resistance Transporter). Цей білок знаходиться в мембрані, навколишнього травну вакуоль паразита – бульбашка, в якому відбувається перетравлювання гемоглобіну. За амінокислотної послідовності білка PfCRT було ясно, що це мембранний білок, що виконує транспортну функцію.
У “нормальних”, сприйнятливих до хлорохіну плазмодіїв хлорохін проникає в травну вакуоль шляхом дифузії. Усередині вакуолі pH нижче, ніж зовні. Потрапивши в кисле середовище, молекула хлорохина приєднує до себе додатковий протон і здобуває позитивний заряд. Це позбавляє її можливості вийти назад з вакуолі – молекула виявляється в пастці. У результаті хлорохін накопичується в вакуолі, заважаючи паразитові перетравлювати гемоглобін.
Але у паразитів, стійких до хлорохіну, ліки в травній вакуолі не накопичується. Оскільки стійкість пов’язана зі змінами в транспортному білку, логічно було припустити, що завдяки цим мутаціям білок PfCRT набув здатності відкачувати хлорохін з вакуолі. Щоб перевірити це припущення, вчені ввели ген PfCRT зі стійкого плазмодія в яйцеклітини жаби і змусили його там працювати (Martin et al., 2009). Новий чужорідний білок вбудувався в зовнішню мембрану яйцеклітини і зайнявся тим, що він умів, – став перекачувати хлорохін із зовнішнього середовища через мембрану в цитоплазму яйцеклітини. Процес йшов, якщо значення pH в навколишньому середовищі було приблизно таке ж, як в травній вакуолі плазмодія. Той же білок, взятий у чутливого до хлорохіну плазмодія, що не перекачував хлорохін ні за яких умов.
Таким чином, стійкість паразитів до хлорохіну пояснюється тим, що білок PfCRT в результаті мутацій придбав нову функцію. Початковий варіант цього білка відповідав за транспорт якихось інших речовин з травної вакуолі в цитоплазму. Яких саме – поки невідомо.
Існує кілька мутантних варіантів білка PfCRT, що забезпечують стійкість до хлорохіну. У всіх цих варіантів є тільки одна загальна особливість – заміна лізину треонін в певній позиції в молекулі білка. Амінокислота, що стоїть в цій позиції, входить до складу активного центру, який відповідає за впізнавання і зв’язування транспортується молекули. Лізин, на відміну від треоніну, має позитивний заряд. Мабуть, два позитивних заряду і у хлорохина, і у транспортера не дозволяють молекулам з’єднатися; а якщо у транспортера заряд активного центру стає нейтральним, то будь ласка – білок-транспортер починає роботу.
На прикладі пристосування малярійного плазмодія до хлорохіну ми познайомилися з одним із магістральних (найбільш вірогідних, простих і часто реалізуються) шляхів придбання білками нових функцій. Робота більшості білків у клітині пов’язана зі специфічним розпізнаванням певних молекул. Фермент безпомилково “дізнається” свій субстрат – молекулу, яку він повинен перетворити. Антитіло розпізнає свою антиген (чужорідний білок або вуглевод). Транскрипційні фактор [27] знаходить на довгій молекулі ДНК свій сайт зв’язування – послідовність нуклеотидів, до якої він прикріплюється, щоб регулювати активність сусіднього гена. Рецептор вибірково зв’язується зі “своїм” сигнальним речовиною. Транспортний білок дізнається молекулу, яку він транспортує з одного боку мембрани на іншу… Специфічне розпізнавання (зване також спорідненістю) забезпечується властивостями активного центру білка, який повинен підходити до субстрату як замок до ключа: по-перше, за формою, по-друге – по розподілу позитивних і негативних зарядів. Конфігурація активного центру, як правило, залежить від невеликого числа “ключових” амінокислот.
Мутація, що змінила одну-дві амінокислоти в активному центрі, з великою ймовірністю змінить специфічність білка, так що він почне зв’язуватися з іншими субстратами. Швидше за все, одинична мутація змінить спектр субстратів не дуже сильно, т. Е. Нові субстрати будуть схожі на старі. Здатність впізнавати старі субстрати при цьому може зберегтися, а може і пропасти. На жаль, ми не знаємо, які були старі субстрати транспортного білка PfCRT і зберіг він спорідненість до них після того, як набув здатності пов’язувати хлорохін. Але те, що він змінив свою специфічність і придбав нову функцію через заміну амінокислоти в активному центрі, не викликає сумнівів. Те, що ця мутація виявилася корисною для паразита в нових умовах, коли його повсюдно труїли хлорохіном, теж не потребує пояснень (і, на жаль, неважливо, що думає хворий пацієнт або лікар, прописаних йому хлорохін).
В імунній системі хребетних поява рецепторних білків з новими функціями поставлено “на потік”. Лімфоцити використовують для створення нових антитіл і Т-клітинних рецепторів, необхідних для знешкодження бактерій, вірусів і інших паразитів, чисто “дарвінівський” механізм: внесення випадкових мутацій в активний центр (так звану варіабельну ділянку антитіла) з подальшим відбором і розмноженням вдалих варіантів. Про це докладно розказано в книзі “Народження складності”.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)