Группа ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН провела углубленное исследование механизмов, управляющих кальциевыми каналами промышленно значимых дрожжей Ogataea parapolymorpha. В ходе экспериментов им удалось установить, какие белки отвечают за повышенное усвоение ионов кальция у этого перспективного организма после обработки известным кардиологическим препаратом амиодароном. Полученные результаты открывают новые горизонты для разработки более эффективных биотехнологических процессов на основе дрожжей и раскрывают интересные аспекты действия амиодарона на клеточном уровне.
Ogataea parapolymorpha — дрожжи будущего для биотехнологий
Ogataea parapolymorpha признана одним из наиболее перспективных организмов для использования в промышленной биотехнологии. Эта дрожжевая культура способна расти при повышенных температурах, до 49 градусов по Цельсию, что выделяет ее среди других грибов. Несмотря на тот факт, что стандартные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae остаются золотым стандартом для генетических исследований, представители рода Ogataea зачастую превосходят их по эффективности при производстве рекомбинантных белков и других ценных биопродуктов. Чем больше мы узнаем о молекулярных механизмах этих дрожжей, тем эффективнее ученые могут конструировать штаммы, которые будут востребованы в фармакологии, пищевой и химической промышленности.
Амиодарон: не только для сердца, но и для науки
Амиодарон хорошо известен как мощное средство для купирования разнообразных видов аритмий и предотвращения опасных для жизни приступов. Его лечебный эффект связан с влиянием на мембранные каналы сердечных клеток, отвечающих за транспорт натрия, калия и кальция. Однако гораздо менее изучено действие этого препарата на клетки грибов и дрожжей. Оказалось, что амиодарон также вызывает мощный прилив ионов кальция в клетки дрожжей, что может приводить к остановке их деления или даже к гибели.
Роль кальция в жизни клетки и механизмы регуляции
В клетках эукариот ионы кальция играют критическую роль в передаче сигналов, регулируют работу многих ферментов, участвуют в выделении гормонов, нейромедиаторов и поддержании электрического потенциала клеточной мембраны. Благодаря тщательно скоординированной работе кальциевых каналов и насосов эти ионы перемещаются из цитоплазмы во внутренние структурные отделы клеток, такие как вакуоли. В Ogataea parapolymorpha главным механизмом накопления кальция в вакуолях управляют белки-насосы Pmc1 и Vcx1, которые способны быстро депонировать избыточный Ca2+ и защищать клетку от токсических перегрузок.
Пути поступления кальция и роль отдельных белков
Исследования показали, что у дрожжей существует два основных канала поступления кальция. Первый — система LACS, характеризующаяся низким сродством к кальцию, однако до конца ее механизмы работы остаются загадкой. Второй путь — HACS — функционирует благодаря белкам Cch1 и Mid1, которые близки по структуре к компонентам кальциевых каналов в клетках животных. Эксперименты с использованием флуоресцентных индикаторов подтвердили, что удаление (выключение) этих белков существенно снижает скорость повышения концентрации кальция под действием амиодарона. При этом нарушение работы белка-насоса Pmc1 делает клетки чрезвычайно уязвимыми к лекарственному воздействию из-за невозможности быстро избавляться от избытка кальция.
Позитивные перспективы для инженерии дрожжей
Как показали опыты, именно белки Cch1 и Mid1 не осуществляют основной приток кальция, однако они тонко регулируют этот процесс, контролируя начальные его стадии. Таким образом, правильно нацеленные генетические воздействия на эти белки способны сделать Ogataea parapolymorpha ещё более управляемой для задач биотехнологии. Исследование также выявило, что действие амиодарона на этот вид дрожжей заметно отличается от реакции традиционных Saccharomyces cerevisiae, что открывает широкое поле для будущих научных открытий и практических разработок.
Инновационные открытия — путь к новым биотехнологическим решениям
Работа ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН демонстрирует важность фундаментальных исследований для создания микробных производств нового поколения. Изучая тонкие молекулярные механизмы воздействия амиодарона на кальциевый гомеостаз Ogataea parapolymorpha, ученые приблизили нас к появлению суперэффективных промышленных штаммов. Применение инновационных подходов в генетическом редактировании и понимание физиологических особенностей этих дрожжей открывает перспективы для разработки новых ферментов, белков и биоматериалов.
Открытия в этой сфере обещают принести реальную пользу прикладной науке и промышленности, делая Ogataea parapolymorpha ключевым организмом в будущем мировой биотехнологии.
Источник: indicator.ru
