От слузта, покриваща охлювите, до слюнката в устата ни - много лигави телесни течности съдържат слуз. Как се е развило това чудо на биологията?
При бозайниците отговорът е: многократно и често по изненадващ начин според ново изследване на протеини, наречени муцини. Тези молекули имат разнообразни функции, но като семейство са известни като компоненти на слузта, където допринасят за лепкавата консистенция на веществото.
Животинското царство на практика се къпе в слуз.
Сред най-известните майстори на слузта са земноводните, охлювите и плужеците, но дори и най-самотният микроорганизъм от време на време може да отделя лепкава слуз.
При нас слузта се произвежда в устата, носа, гърлото, белите дробове, червата, шийката на матката и пикочните пътища, и то с различни цели.
И все пак произходът на слузта по света е загадка.
Въпреки многото прилики между слузта, много от формите са еволюирали паралелно, а не по разклоняващ се, дървовиден начин.
В различните жлези и между бозайниците едно малко проучване установи, че много гени на слузта всъщност нямат общ прародител.
Чрез сравняване на муциновите гени при 49 вида бозайници учените установяват 15 случая, в които новите муцини изглежда са еволюирали чрез допълнителен процес, който превръща немуцинов протеин в муцин.
Учените предполагат, че всяко от тези събития на "муцинизация" е започнало с протеин, който не е бил муцин. В някакъв момент еволюцията е прикрепила нов участък към тази немуцинова основа: такъв, състоящ се от къса верига от градивни елементи, наречени аминокиселини, които са украсени със захарни молекули. С течение на времето този нов участък се дублира, като се добавят множество копия, за да се удължи протеинът още повече, превръщайки го в муцин.
Удвоените участъци, наречени "повторения", са от ключово значение за функцията на муцина, твърдят изследователите от Университета в Бъфало Омер Гьокчумен (Omer Gokcumen) и Щефан Рул (Stefan Ruhl), водещи автори на изследването, и Питър Паич (Petar Pajic), първи автор.
Интегрирайки биоинформатични, филогенетични, протеомични и имунохистохимични подходи, екипът идентифицира 15 неописани случая на еволюционна конвергенция, където новите муцини произхождат от придобиването на плътно О-гликозилирани екзонични повтарящи се домейни. Резултатите им предполагат, че секретираните протеини, богати на пролин, са естествени прекурсори за придобиване на функция на муцин. Кредит на изображението: Wikimedia Commons
Захарите, покриващи тези участъци, изпъкват навън като косъмчетата на четка за бутилки и придават на муцините свойството на слузести вещества, което е жизненоважно за много важни задачи, които тези протеини изпълняват.
"Не мисля, че досега е било известно, че функцията на протеина може да еволюира по този начин - от протеин, който придобива повтарящи се последователности. Протеин, който не е муцин, се превръща в муцин само чрез придобиване на повторения. Това е важен начин, по който еволюцията създава слуз. Това е еволюционен трик и сега ние документираме, че това се случва многократно", обяснява д-р Гьокчумен, доцент по биологични науки в Колежа по изкуства и науки на Университета на Бангладеш.
"Повторенията, които наблюдаваме в муцините, се наричат "PTS повторения" заради високото им съдържание на аминокиселините пролин, треонин и серин, и те подпомагат муцините във важните им биологични функции, които варират от смазване и защита на тъканните повърхности до подпомагане на хлъзгането на храната, за да можем да я преглътнем", посочва Стефан Рул, д-р по дентална медицина, временен декан на Факултета по дентална медицина на Университета на Бъфало и професор по орална биология. "За да живеят върху покрити със слуз повърхности са еволюирали полезни микроби, докато слузта може в същото време да действа и като защитна бариера и да ни предпазва от заболявания, като ни предпазва от нежелани патогенни натрапници."
"Малко хора знаят, че първият муцин, който е пречистен и биохимично охарактеризиран, произхожда от слюнчена жлеза", добавя Рул. "Моята лаборатория изучава муцините в слюнката през последните 30 години, най-вече защото те предпазват зъбите от кариес и защото помагат за балансирането на микрофлората в устната кухина."
Интригуващата еволюция на една "невероятна житейска черта
"Мисля, че тази статия е наистина интересна", споделя Гьоккумен. "Това е един от онези случаи, в които имаме късмет. Изучавахме слюнката, а след това открихме нещо интересно и решихме да го разгледаме."
Докато изследва слюнката, екипът забелязва, че малък слюнчен муцин при хората, наречен MUC7, не присъства при мишките. При гризачите обаче има сходен по размер слюнчен муцин, наречен MUC10. Учените искат да разберат: Свързани ли са тези два протеина от еволюционна гледна точка?
Отговорът бил отрицателен. Но това, което откриват след това, е изненада. Въпреки че MUC10 не изглежда да е свързан с MUC7, протеин, открит в човешките сълзи, наречен PROL1, споделя част от структурата на MUC10. PROL1 прилича много на MUC10, без покритите със захар повторения от типа "четка за бутилки", които правят от MUC10 муцин.
Учените се питат дали и други муцини са се образували по същия начин. Те започват да изследват и откриват множество примери за същото явление. Въпреки че много муцини имат общ произход сред различни групи бозайници, екипът документира 15 случая, в които еволюцията изглежда е превърнала немуцинови протеини в муцини чрез добавяне на PTS повторения.
И това е "с доста консервативен поглед", подчертава Гьоккумен, отбелязвайки, че изследването се е фокусирало върху един регион от генома при няколко десетки вида бозайници. Той нарича слузта "невероятна жизнена черта" и е любопитен дали същият еволюционен механизъм може да е стимулирал образуването на някои муцини при охлювите, змиорките и други животинки. Необходими са още изследвания, за да се намери отговор.
Нови и известни преди това гени на муцин в избрани видове бозайници."Как еволюират новите функции на гените, е въпрос, който си задаваме и днес", разказва Паич, докторант по биологични науки в Университета на Калифорния. "По този начин ние добавяме към тази дискусия, предоставяйки доказателства за нов механизъм, при който набирането на повтарящи се последователности в даден ген поражда нова функция."
"Мисля, че това може да има още по-широки последици, както за разбирането на адаптивната еволюция, така и за евентуалното обяснение на някои варианти, причиняващи заболявания", добавя Паич. "Ако тези муцини продължават да еволюират от немуцини отново и отново в различни видове по различно време, това предполага, че има някакъв адаптивен натиск, който ги прави полезни. И тогава, в другия край на спектъра, може би ако този механизъм излезе от релси - случва се твърде много или в неправилна тъкан - тогава може би може да доведе до заболявания като някои видове рак или заболявания на лигавицата."
Макар изучаването на слузта може да не изглежда като най-привлекателното научно изследване, то е важно както изследването на всеки въпрос, засягащ човешкото тяло и здраве.
Справка: A mechanism of gene evolution generating mucin function
Petar Pajic, Shichen Shen, Jun Qu, Alison J. May, Sarah Knox, Stefan Ruhl and Omer Gokcumen
SCIENCE ADVANCES, 26 Aug 2022, Vol 8, Issue 34
DOI: 10.1126/sciadv.abm8757
Източник: The evolution of mucus: How did we get all this slime?, University at Buffalo
Още по темата
Животът
Рибите балон са се отказали от работещ стомах, за да могат да се надуват
Медицина
Шест популярни убеждения за настинките: експерти обясняват фактите
Медицина
Защо кратките белодробни инфекции водят до дълготрайно увреждане на белите дробове?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари