Новина цього місяця з Імперського коледжу Лондона привернула мою увагу провокаційним заголовком: «Нове дослідження показує, як бактерії розвинули більш потужні двигуни». У підписі до зображення йдеться про те, що «лабораторія доктора Моргана Бібі виявила, як деякі джгутики – крихітні «хвостові» пропелери, які бактерії використовують для пересування, – еволюціонували, ставши потужнішими». Коли я прочитав текст новини та оригінальну статтю, на якій вона базується,¹ швидко стало зрозуміло, що в статті цього зовсім не доведено. Це класичний випадок, коли ЗМІ перебільшують докази на користь будь-якого еволюційного твердження.

Які основні висновки статті?

Дослідження стосується джгутика Campylobacter jejuni, який має ширше кільце статорних комплексів [найважливіші білкові структури, вбудовані у внутрішню мембрану, які діють як протонний канал, перетворюючи йонний потік у механічну енергію, необхідну для обертання двигуна джгутика – прим. перекл.] порівняно з E. coli або Salmonella, підтримуваний тридіальним каркасом (tripartite scaffold) (базальним, медіальним й проксимальним дисками), що забезпечує вищий крутний момент для руху в більш в'язких середовищах, таких як слиз. Медіальний диск складається з [білків] PflC і PflD. Ключовим висновком статті є те, що PflC має віддалену гомологію з класом ферментів, серинопротеазами HtrA, які зазвичай перекладають або розкладають неправильно складені або пошкоджені білки в периплазмі. Експресія цих протеаз підвищується при високих температурах, що дозволяє клітинам виживати при тепловому стресі, запобігаючи накопиченню неправильно згорнутих білків. Протеази HtrA також можуть сприяти вірулентності, розщеплюючи білки клітин-господарів, щоб зруйнувати епітеліальні бар'єри, а також сприяти ухиленню від імунної відповіді господаря, розкладаючи антимікробні пептиди або білки захисту господаря. Білок PflC, хоча і є віддаленим гомологом цього класу ферментів, мабуть, втратив свою каталітичну функцію. Імперський коледж Лондона стверджує, що «це відкриття дає нове уявлення про те, як еволюціонують молекулярні машини, й зміцнює розуміння «еволюції як майстра», що з'єднує вже існуючі деталі для створення нових або поліпшення існуючих (молекулярних) пристроїв».

Чи показує це, як могла виникнути структура джгутика?

Але чи дає ця стаття уявлення про те, як джгутики Campylobacter jejuni еволюціонували до більш потужних двигунів? Не особливо. Дослідники документують віддалену гомологію між PflC й протеазами HtrA. Але це не доводить можливість використання ферменту для формування структурної частини джгутикової системи в результаті неконтрольованих еволюційних процесів, що є ключовим моментом суперечки між прихильниками сучасної еволюційної теорії та прихильниками Розумного задуму. Більше того, в статті навіть не робиться спроба відповісти на це запитання.

Проблеми

Зовсім не очевидно, що такий складний перехід можливий з еволюційної точки зору, й тому його правдоподібність не можна вважати само собою зрозумілою. Щоб сформувати решітчасту структуру, білки PflC мали б розвинути нові інтерфейси зв'язування, які дозволили б їм тісно взаємодіяти з іншими білками PflC, створюючи 17-частинне кільце [структура з приблизно 17 білків, яка є частиною роторно-статорного комплексу двигуна – прим. перев.] й складну багатошарову мережу. Окрім того, білки PflC мають спільні частини структури з сусідніми копіями, що відомо як обмін доменами (це показано на малюнку 3c). Це вимагає точного вирівнювання частин різних білків, а також гнучких сполучних ланок, щоб домени могли переміщатися на своє місце.

Білки PflC також повинні мати можливість зв'язуватися з іншими під точно правильними кутами – в іншому випадку комплекс не буде правильно збиратися. Розвиток всього набору взаємодій під точними кутами зі збереженням вибіркової корисності на кожному етапі здається надзвичайно малоймовірним.

Цікаво, що автори статті очистили PflC й проаналізували його за допомогою розмірної хроматографії та мас-фотометрії. Вони виявили, що PflC в основному був мономерним (тобто існував у вигляді окремих одиниць) при ізоляції й не утворював великих агрегатів або олігомерів. Таким чином, PflC не утворює самовільно решітку або навіть стабільні димери чи мультимери – він робить це тільки в контексті більшої джгутикової системи, коли прикріплюється до базального диска (FlgP) джгутика.

Автори задалися запитанням, чи є в PflC щось внутрішнє, що заважає йому самоорганізовуватися поза контекстом джгутика. Коли вони експериментально видалили C-кінцевий домен PflC, вони виявили, що модифікований білок з більшою легкістю, ніж раніше, утворював димери. Таким чином, вони дійшли висновку, що N- і C-кінцеві домени можуть взаємодіяти всередині одного й того самого білка, блокуючи його зв'язування з іншими копіями й утворення олігомерів. Однак в контексті структури джгутика ці блокуючі взаємодії знімаються, й він може утворювати решітчасту структуру. Також слід зазначити, що видалення PflC призводить до «дестабілізації проксимального й медіального дисків». Це показує, що PflC має вирішальне значення для складання шарів каркаса. PflD також здається важливим, і його видалення призводить до «втрати периферичної клітинної структури між медіальним й проксимальним дисками».

Таким чином, перш ніж білки PflC можуть бути включені в структуру джгутика, необхідно здійснити ряд скоординованих змін, й важко уявити собі, що це може відбуватися поступово, поетапно. Не кажучи вже про необхідність скоординувати експресію цих білків з іншими генами джгутика – тобто їх згортання й збірка повинні бути інтегровані в існуючий шлях збірки, не порушуючи його.

Будьте обережні з сенсаційними заголовками

Заголовок, який спонукав мене прочитати цю статтю, стверджував, що дослідження «показує, як бактерії розвивали потужні пропелери». Але стаття зовсім цього не робить. Все, що вона показує, – це ще один приклад білка джгутика, який має гомологію з білком, що не відноситься до джгутика. В статті навіть немає спроби продемонструвати математичну правдоподібність таких переходів, що відбуваються в результаті неконтрольованих процесів. Це хороше нагадування про те, чому завжди важливо бути обережним, стикаючись із сенсаційними заголовками – завжди звертайтеся до оригінального дослідження, щоб переконатися, що воно виправдовує обіцянки.

Одне хороше твердження в новинній статті говорить: «Однак те, як працюють мотори жгутиків і як вони еволюціонували, залишається не до кінця зрозумілим». Це правда, і вона залишається правдою навіть у світлі результатів цієї статті.