Новость этого месяца из Имперского колледжа Лондона привлекла мое внимание провокационным заголовком: «Новое исследование показывает, как бактерии развили более мощные двигатели». В подписи к изображению говорится, что «лаборатория доктора Моргана Биби обнаружила, как некоторые жгутики – крошечные «хвостовые» пропеллеры, используемые бактериями для передвижения – эволюционировали, став более мощными». Когда я прочитал текст новости и оригинальную статью, на которой она основана,¹ быстро стало ясно, что в статье этого вовсе не доказано. Это классический случай, когда СМИ преувеличивают доказательства в пользу какого-либо эволюционного утверждения.

Каковы основные выводы статьи?

Исследование касается жгутика Campylobacter jejuni, который имеет более широкое кольцо статорных комплексов [важнейшие белковые структуры, встроеннымие во внутреннюю мембрану, которые действуют как протонные каналы, преобразующие ионный поток в механическую энергию, необходимую для вращения двигателя жгутика – прим. перев.] по сравнению с E. coli или Salmonella, поддерживаемое тридиальным каркасом (tripartite scaffold) (базальным, медиальным и проксимальным дисками), что обеспечивает более высокий крутящий момент для движения в более вязких средах, таких как слизь. Медиальный диск состоит из [белков] PflC и PflD. Ключевым выводом статьи является то, что PflC имеет отдаленную гомологию с классом ферментов, серинпротеазами HtrA, которые обычно перескладывают или разлагают неправильно сложенные или поврежденные белки в периплазме. Экспрессия этих протеаз повышается при высоких температурах, что позволяет клеткам выживать при тепловом стрессе, предотвращая накопление неправильно свернутых белков. Протеазы HtrA также могут способствовать вирулентности, расщепляя белки клеток-хозяев, чтобы разрушить эпителиальные барьеры, а также способствовать уклонению от иммунного ответа хозяина, разлагая антимикробные пептиды или белки защиты хозяина. Белок PflC, хотя и является отдаленным гомологом этого класса ферментов, по-видимому, утратил свою каталитическую функцию. Имперский колледж Лондона утверждает, что «это открытие дает новое представление о том, как эволюционируют молекулярные машины, и укрепляет понимание «эволюции как мастера», соединяющего уже существующие детали для создания новых или улучшения существующих (молекулярных) устройств».

Показывает ли это, как могла возникнуть структура жгутика?

Но дает ли эта статья представление о том, как жгутики Campylobacter jejuni эволюционировали до более мощных двигателей? Не особо. Исследователи документируют отдаленную гомологию между PflC и протеазами HtrA. Но это не доказывает возможность использования фермента для формирования структурной части жгутиковой системы в результате неконтролируемых эволюционных процессов, что является ключевым моментом спора между сторонниками современной эволюционной теории и сторонниками Разумного замысла. Более того, в статье даже не делается попытка ответить на этот вопрос.

Проблемы

Совершенно не очевидно, что такой сложный переход возможен с эволюционной точки зрения, и поэтому его правдоподобность нельзя считать само собой разумеющейся. Чтобы сформировать решетчатую структуру, белки PflC должны были бы развить новые интерфейсы связывания, которые позволили бы им тесно взаимодействовать с другими белками PflC, создавая 17-частное кольцо [структура из примерно 17 белков, которая является частью роторно-статорного комплекса двигателя – прим. перев.] и сложную многослойную сеть. Кроме того, белки PflC имеют общие части структуры с соседними копиями, что известно как обмен доменами (это показано на рисунке 3c). Это требует точного выравнивания частей разных белков, а также гибких связующих звеньев, чтобы домены могли перемещаться на свое место.

Белки PflC также должны иметь возможность связываться с другими под точно правильными углами – в противном случае комплекс не будет правильно собираться. Развитие всего набора взаимодействий под точными углами с сохранением избирательной полезности на каждом этапе кажется чрезвычайно маловероятным.

Интересно, что авторы статьи очистили PflC и проанализировали его с помощью размерной хроматографии и масс-фотометрии. Они обнаружили, что PflC в основном был мономерным (т. е. существовал в виде отдельных единиц) при изоляции и не образовывал крупных агрегатов или олигомеров. Таким образом, PflC не образует самопроизвольно решетку или даже стабильные димеры или мультимеры – он делает это только в контексте более крупной жгутиковой системы, когда прикрепляется к базальному диску (FlgP) жгутика.

Авторы задались вопросом, есть ли в PflC что-то внутреннее, что мешает ему самоорганизовываться вне контекста жгутика. Когда они экспериментально удалили C-концевой домен PflC, они обнаружили, что модифицированный белок с большей легкостью, чем раньше, образовывал димеры. Таким образом, они пришли к выводу, что N- и C-концевые домены могут взаимодействовать внутри одного и того же белка, блокируя его связывание с другими копиями и образование олигомеров. Однако в контексте структуры жгутика эти блокирующие взаимодействия снимаются, и он может образовывать решетчатую структуру. Также следует отметить, что удаление PflC приводит к «дестабилизации проксимального и медиального дисков». Это показывает, что PflC имеет решающее значение для сборки слоев каркаса. PflD также кажется важным, и его удаление приводит к «потере периферической клеточной структуры между медиальным и проксимальным дисками».

Таким образом, прежде чем белки PflC могут быть включены в структуру жгутика, необходимо осуществить ряд скоординированных изменений, и трудно представить себе, что это может происходить постепенно, поэтапно. Не говоря уже о необходимости скоординировать экспрессию этих белков с другими генами жгутика – то есть их сворачивание и сборка должны быть интегрированы в существующий путь сборки, не нарушая его.

Будьте осторожны с сенсационными заголовками

Заголовок, который побудил меня прочитать эту статью, утверждал, что исследование «показывает, как бактерии развивали мощные пропеллеры». Но статья вовсе не делает этого. Все, что она показывает, – это еще один пример белка жгутика, который имеет гомологию с белком, не относящимся к жгутику. В статье даже нет попытки продемонстрировать математическую правдоподобность таких переходов, происходящих в результате неконтролируемых процессов. Это хорошее напоминание о том, почему всегда важно быть осторожным, сталкиваясь с сенсационными заголовками – всегда обращайтесь к оригинальному исследованию, чтобы убедиться, что оно оправдывает обещания.

Одно хорошее утверждение в новостной статье гласит: «Однако то, как работают моторы жгутиков и как они эволюционировали, остается не до конца понятным». Это правда, и она остается правдой даже в свете результатов этой статьи.