Микроскопическая фрактальная структура впервые обнаружена в природе

Исследователи из Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology и Philipps–University Marburg (оба Германия) обнаружили удивительное свойство микробного фермента, известного как цитратсинтаза (CS), который спонтанно организуется во фрактальную структуру треугольники Серпинского. 

Этот фермент играет ключевую роль в клеточном метаболизме цианобактерий Synechococcus elongatus, которые являются фотосинтезирующими бактериями, обитающими как в воде, так и на суше. В своей недавней публикации на портале Nature исследователи поделились подробностями об этом захватывающем открытии.

Фракталы - это особые математические модели, которые обладают свойством самоподобия на различных масштабах. Они широко распространены в природе и могут быть найдены в различных структурах, начиная от листьев деревьев и снежинок, заканчивая контурами береговой линии. Однако молекулярные фракталы, то есть структуры, обладающие подобными свойствами на молекулярном уровне, ранее были обнаружены лишь в синтетических системах.

Исследователи сообщили о своем удивительном открытии - природном белке, цитратсинтазе из цианобактерии Synechococcus elongatus, организующемуся во фрактальную структуру. С использованием криоэлектронной микроскопии они продемонстрировали, как этот фрактал формируется из строительных блоков, состоящих из гексамеров.

Хотя различные воздействия могут влиять на образование фрактальных комплексов, и эти комплексы могут регулировать ферментативную активность цитратсинтазы in vitro (то есть в условиях вне живого организма), фрактал может не выполнять такую же функцию в организме.

Исследователи использовали методы анализа последовательности генов, чтобы проследить, как фрактальная структура цитратсинтазы развивалась из нефрактальных предшественников. Их результаты указывают на то, что это свойство могло возникнуть как случайный результат эволюции, не обязательно имеющий какое-то физиологическое значение в организме.

Это открытие расширяет наше понимание о возможных структурах белков и демонстрирует, что сложные и регулируемые сборки могут возникать в результате естественных эволюционных процессов.