Как пояснил «МК» в Серпухове» руководитель исследования Федор Кондрашов, ученых интересовало, как в геноме накапливаются мутации и как взаимодействуют друг с другом. Это важно для понимания генетических заболеваний человека и для создания соответствующих лекарств.
Для работы ученые взяли зеленый флуоресцентный белок (GFP), выделенный из медузы Aequorea victoria. В 2008 году за открытие этого белка трое ученых получили Нобелевскую премию, с тех пор с ним активно работают по всему миру. Популярность GFP связана с тем, что он излучает зеленый свет, поэтому его легко отличить от других компонентов, с его помощью удобно метить разные части клетки и потом наблюдать за ними. Этим и воспользовалась группа Кондрашова, чтобы изучить взаимодействие мутаций в гене GFP. Для этого им пришлось создать 50 тысяч мутантных белков медуз и внедрить каждый из них в кишечную палочку — широко распространенный вид бактерии. А затем ученые посмотрели, как белки медузы светятся в бактериях. Полученные результаты обработали статистическими методами, чтобы понять, как генетические мутации, которые накапливаются в клетках организма, проявляются внешне, в данном случае, как мутации влияют на светимость белка. Оказалось, что белок перестает светиться, когда мутации в гене накапливаются и достигают определенной критической массы.
Эта работа приоткрывает тайны эволюции, скрытно происходящей в клетках организмов. Известно, что геном влияет и на внешность человека, и на его физическое развитие, и на его здоровье. Но насколько сильно это влияние? Как именно мутации в генах ведут к заболеваниям? На эти вопросы в конечном итоге стараются ответить сейчас молекулярные биологи и биоинформатики, и работа группы Кондрашова представляет собой шаг вперед в этом направлении.
В анализе результатов работы участвовала Наталья Богатырева, сотрудница Института белка РАН в Пущино и одновременно Лаборатории эволюционной геномики в Центре геномной регуляции (Испания), которой заведует Федор Кондрашов. «Дело в том, что сейчас в таких широкомасштабных исследованиях одна из основных проблем — это достоверный и широкомасштабный анализ полученных данных», — сообщила Наталья в письме в нашу редакцию. В основном же анализом результатов занимался Дмитрий Болотин из лаборатории биофотоники и геномики адаптивного иммунитета Института биоорганической химии РАН.
Федор Кондрашов родился в Пущино в семье ученых. Его отец Алексей Кондрашов, известный эволюционный биолог, а дед — Симон Шноль, биолог, историк науки, сотрудник ИТЭБ РАН в Пущино. Федор Кондрашов учился за рубежом, закончил Калифорнийский университет, сейчас работает в Испании, в Центре геномной регуляции в Барселонском институте науки и технологии, заведует Лабораторией эволюционной геномики. В течение нескольких лет он проводил школу молекулярной и теоретической биологии в Пущино.
«5 лет работы, коллектив работающий в 5-ти разных странах, 5 рецензентов с 5-ю раундами рецензий, которые в общей сложности заняли год, и вот первая серьезная экспериментальная работа нашей лаборатории (с множеством коллег) вышла в хорошем журнале», — написал ученый в Вконтакте, представляя результаты нового исследования.
Комментарий участника работы Дмитрия Иванкова, сотрудника Института белка РАН (Пущино) и Лаборатории эволюционной геномики в Центре геномной регуляции (Испания):
«Основная и очень трудоемкая часть работы была экспериментальной. В результате мои коллеги получили таблицу, в которой каждому мутантому варианту GFP была сопоставлена его светимость. После этого мы проанализировали результаты множеством различных методов, дополняющих друг друга, и получили достаточно полную картину локальной эволюции GFP.
В этой работе я занимался анализом данных. Я сделал множественную линейную и нелинейную регрессии, что было «мостиком» для последующего более детального анализа с помощью нейронных сетей, который сделал Дмитрий Болотин. Также, вместе с Ниной Божановой (ИБХ РАН), мы предсказали дестабилизацию GFP вследствие наблюдаемых мутаций, которая была соотнесена с потерей белком светимости. Кроме этого, я участвовал в обсуждении результатов других подходов и в написании текста статьи.
Для анализа данных я применял стандартные методы. Преимущество использования стандартных методов состоит в том, что другие исследователи уже с ними знакомы или хотя бы слышали. Поэтому использование известных и стандартных методов делает статью более понятной для читателей и вызывает большее доверие. При использовании стандартных методов не нужно доказывать их правомочность, нужно только доказать, что они были применены в подходящей ситуации. Хотя, конечно же, без новых подходов тоже не обошлось. В этой работе экспериментаторы придумали пометить мутантные формы гена белка разными молекулярными метками. При оценке доли нейтральных мутаций нам тоже пришлось поступить нестандартно.
Научная ценность этого исследования в том, что мы лучше поняли, как устроена локальная эволюция белков и как она связана с их стабильностью. Что приятно, с конкретными количественными оценками: например, нам удалось оценить долю безвредных мутаций. Понятно, что GFP в этой работе был использован просто как пример белка, который удобно исследовать. Полученные результаты, я уверен, характеризуют локальную эволюцию более-менее любого белка. В будущем будут охарактеризованы ландшафты приспособленности и других белков.
Я был очень рад участвовать в этом исследовании, и рад, что после пяти рецензий статья все-таки была заслуженно опубликована в Nature!».
