Это фундаментальное открытие в будущем может помочь повысить пищевую ценность семян растений и даже создать менее аллергенные сорта бобовых.
На упаковках доброй половины закусок и сладостей, в составе которых может и вовсе не быть орехов, часто встречается предупреждающая фраза: «Возможно содержание следов арахиса». У некоторых людей аллергия на этот продукт настолько сильна, что мельчайшие частицы ореха или даже его пыль вызывает неприятную и иногда опасную реакцию — от простой сыпи до серьезных отеков. В семенах арахиса содержится множество белков, часть из которых способна вызывать аллергию. Одним из самых сильных аллергенов является вицилин, который есть у различных бобовых, включая арахис и горох.
В своем исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, группа ученых из СПбГУ, ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ), Института цитологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Казанского федерального университета и Университета Бургундии во Франции смогла впервые экспериментально показать (ранее им удалось предсказать это с помощью методов биоинформатики), что в семенах гороха посевного содержатся особые фибриллярные белки — амилоиды. Их раньше встречали у бактерий, архей, животных и грибов, но впервые нашли у растений. Что интересно, большую часть амилоидов в семенах гороха образует именно упомянутый выше белок вицилин.
Вицилин — это один из важнейших пищевых аллергенов, который содержится в бобовых. Механизм его аллергенности потенциально может быть связан с открытыми нами амилоидными свойствами этого белка. Мы показали, что запасные белки, которые являются основным резервуаром питательных веществ для зародыша, накапливаются в семенах в виде амилоидов. В перспективе изучение этих механизмов может помочь создать менее аллергенные сорта гороха, арахиса и других бобовых.
Руководитель научного коллектива, доцент кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ, заведующий лабораторией в ВНИИСХМ Антон Нижников
«Интересно, что запасные белки семян не только гороха, но целого ряда растений, не относящихся к бобовым, по полученным нами биоинформатическим данным, оказались обогащены участками, склонными к формированию амилоидов, то есть компактных и стабильных фибриллярных агрегатов. Это объясняет способность семян переживать различные неблагоприятные условия и прорастать спустя долгие годы», — отметил первый автор исследования, доцент кафедры цитологии и гистологии СПбГУ, старший научный сотрудник ВНИИСХМ Кирилл Антонец.
Еще одно возможное прикладное значение этой работы — создание в будущем культур растений со сверхпитательными семенами. Эксперименты ученых in vitro (в пробирке) показали, что млекопитающие не способны полностью переваривать растительные амилоиды — их не могут расщепить пищеварительные ферменты. Как объясняет Антон Нижников, амилоиды значительно ухудшают пищевую ценность семян, поэтому важно понять, каким образом можно снизить образование амилоидов в семенах растений, чтобы получить сорта с бóльшим количеством обычных белков — такие культуры могут стать для человека особенно полезными и питательными.
«Сегодня мы также занимаемся изучением амилоидов клубеньковых бактерий — эти микроорганизмы способны вступать в симбиоз с бобовыми и связывать атмосферный азот, чтобы растения могли получать больше питательных веществ, — рассказал Антон Нижников. — Есть предположение, что во взаимовыгодном симбиотическом процессе амилоиды тоже могут играть важную роль, по крайней мере, у клубеньковых бактерий, как мы показали, тоже есть амилоиды. Надеемся, что наши открытия будут полезны для развития биологии растений и микробиологии, а также для сельского хозяйства».
Напомним, что особая фибриллярная форма белков — амилоиды — стала известна благодаря своей связи с рядом заболеваний, вызванных аномальной агрегацией белка, называемых амилоидозами. При этих тяжелых недугах мономерные растворимые белки превращаются в полимерные фибриллярные формы, образующие амилоидные «бляшки» в различных тканях и органах. Всего существует более 40 болезней человека, связанных с амилоидами, причем они с большим трудом поддаются лечению или являются вовсе неизлечимыми.
Все же, как подтверждает и данное исследование, в последние десятилетия ученые по всему миру находят все больше свидетельств тому, что амилоиды функционируют и в здоровых организмах: зачастую такая форма белка позволяет «законсервировать» и стабилизировать различные вещества, к тому же она выступает в качестве своеобразной структурной «матрицы». Происходит это не только в растениях. Например, у человека и животных часть гормонов запасается именно в форме амилоидов, а другие функциональные амилоиды участвуют в биосинтезе меланина и формировании долговременной памяти.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Экспериментальная часть работы была выполнена с использованием оборудования Научного парка СПбГУ.
