ბაქტერიული სისტემა იყენებს ცილას სრულიად უჩვეულო გზით, რათა შექმნას იდუმალი, განმეორებადი დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელიც მას ვირუსებისგან იცავს.
ათწლეულების განმავლობაში ბიოლოგიის სახელმძღვანელოებში განმტკიცებული იყო მარტივი წესი: დნმ იქმნება მატრიცის (თარგის) კოპირებით. მას შემდეგ, რაც ერთი ფერმენტი დნმ-ის ორმაგ ჰელიქსს (სპირალს) ცალკეულ ჯაჭვებად განაცალკევებს, მეორე ფერმენტი, რომელსაც პოლიმერაზა ეწოდება, თითოეული ჯაჭვისთვის აშენებს კომპლემენტარულ თანმიმდევრობას, ნუკლეოტიდური ფუძეების სათითაოდ მიდგმით. შედეგად მიიღება ორიგინალი დნმ-ის ორი ასლი. თუმცა, ახალი კვლევა იმის შესახებ, თუ როგორ იცავენ ბაქტერიები თავს ვირუსებისგან, აჩვენებს, რომ სინთეზის ეს წესი არ არის აბსოლუტური. ჟურნალ “Science”-ში სტენფორდის უნივერსიტეტის გუნდი აღწერს ბაქტერიულ ფერმენტს, რომელიც ასინთეზირებს გრძელ, განმეორებად დნმ-ის თანმიმდევრობას ნუკლეინის მჟავის მატრიცის გარეშე, საკუთარი სტრუქტურის გზამკვლევად გამოყენებით.
“ეს კვლევა გარდამტეხია”, – ამბობს ფილიპ კრანცუში, ჰარვარდის სამედიცინო სკოლის ბიოქიმიკოსი, რომელიც ბაქტერიულ თავდაცვის სისტემებს სწავლობს. “საკმაოდ შთამბეჭდავია!” – ამატებს ადი მილმანი, მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიის ინსტიტუტის (MIT) გამოთვლითი ბიოლოგი. მისი თქმით, ცილის გამოყენება დნმ-ის სინთეზის მატრიცად არის მნიშვნელოვანი კონცეპტუალური ცვლილება კლასიკური ცენტრალური დოგმიდან, რომლის მიხედვითაც ინფორმაცია მიედინება ერთი მიმართულებით – ნუკლეინის მჟავებიდან (როგორიცაა დნმ) ცილისკენ. თუმცა, სხვა ბიოლოგები არ ეთანხმებიან მოსაზრებას, რომ ცენტრალური დოგმა ეჭვქვეშ დადგა; ისინი ამტკიცებენ, რომ ფერმენტის მიერ შექმნილი იდუმალი დნმ-ის თანმიმდევრობა შემდგომში არ ხდება ბაქტერიის გენომის ნაწილი. მიუხედავად ამისა, სტენფორდის გუნდი და სხვა მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ დნმ-ის სინთეზის ეს ახალი ფორმა შეიძლება ადაპტირდეს, როგორც ინსტრუმენტი საბაზისო ბიოლოგიური კვლევებისთვის, ისევე როგორც გენომის მძლავრი რედაქტორი CRISPR იქნა შემუშავებული ბაქტერიული თავდაცვის სხვა სისტემიდან.
დნმ-ის კანონიკური რეპლიკაციის დროს წამყვანი როლი ფუძეთა დაწყვილების წესებს ეკუთვნის: პოლიმერაზები აწყობენ კომპლემენტარულ დნმ-ის ჯაჭვს მატრიცაზე ადენინის თიმინთან და გუანინის ციტოზინთან შესაბამისობით. რეპლიკაცია ასევე შეიძლება წარიმართოს რნმ-ის, როგორც მატრიცის გამოყენებით, ფერმენტების – რევერსული ტრანსკრიპტაზების წყალობით, რომლებიც იყენებენ ამ ნუკლეინის მჟავას ერთჯაჭვიანი დნმ-ის წარმოების წარსამართად.
ახალი აღმოჩენის ცენტრშია DRT3 – თავდაცვის სისტემა, რომელიც იცავს ბაქტერიებს მათში შეჭრილი ვირუსებისგან, ანუ ფაგებისგან. მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ DRT3 გვერდს უვლის ფუძეთა დაწყვილების ლოგიკას. იგი ეყრდნობით ორ რევერსულ ტრანსკრიპტაზას: კონვენციურს, რომელიც აშენებს ერთჯაჭვიან დნმ-ს რნმ-ის მატრიციდან, და მეორე, უჩვეულო ფერმენტს, რომელიც აწყობს მის კომპლემენტარულ ჯაჭვს საკუთარი, ჩაშენებული თარგის საფუძველზე. ამ უჩვეულო ფერმენტს, სახელად Drt3b-ს, თავის აქტიურ ცენტრში აქვს ამინომჟავები, რომლებიც რნმ-ის მატრიცულ ჯაჭვს ბაძავენ.
“თავად ცილა ასრულებს დნმ-ის თანმიმდევრობის გეგმის როლს”, – ამბობს სტენფორდის ბიოქიმიკოსი ალექს გაო, კვლევის უფროსი ავტორი.
“ეს საკმაოდ მოულოდნელი იყო. ეს არის პრინციპულად ახალი გზა, რომლითაც სიცოცხლე დნმ-ს აწარმოებს”. მიუხედავად ამისა, გაო აღიარებს, რომ Drt3b მხოლოდ ერთ კონკრეტულ, განმეორებად თანმიმდევრობას ქმნის. “ეს არ წარმოადგენს ზოგად მექანიზმს ცილებისთვის გენეტიკური კოდის დასაწერად”, – ამბობს იგი.
DRT3 სისტემა, როგორც ჩანს, ფართოდ არის გავრცელებული ბაქტერიებში, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ის არ არის უბრალო ბიოქიმიური კურიოზი. თუმცა, თუ როგორ უმკლავდება იგი ფაგებს, კვლავ საიდუმლოა.
ერთი ვერსიით, რომელსაც გაო განიხილავს, დნმ-ის ჰელიქსები, რომლებიც რეპლიკაციის ამ უნიკალური მეთოდით არის შექმნილი, მოქმედებენ როგორც მოლეკულური ღრუბლები, რომლებიც ებმებიან ფაგის კომპონენტებს. ეს ან პირდაპირ აფერხებს ფაგს, ან საშუალებას აძლევს ბაქტერიის იმუნურ სხვა ელემენტებს, ამოიცნონ ინფექცია. თუ ეს მოსაზრება დადასტურდება, კრანცუშის თქმით, DRT3 შეავსებს პოლიმერაზის მსგავსი ცილების ბოლოდროინდელ აღმოჩენებს ბაქტერიული თავდაცვის სხვა სისტემებში, რომლებიც აწარმოებენ ნუკლეინის მჟავების პოლიმერებს ფაგური ინფექციის აღმოსაჩენად და დასათრგუნად.
DRT3 ასევე წარმოაჩენს რევერსული ტრანსკრიპტაზების კიდევ ერთ უჩვეულო როლს. ეს ფერმენტები დიდი ხანია ასოცირდება რეტროვირუსებთან, როგორიცაა აივ (HIV), რომელიც იყენებს მას თავისი რნმ-გენომის დნმ-ასლის სინთეზისთვის უჯრედის ქრომოსომებში შესაღწევად. ბოლო წლებში აღმოჩნდა, რომ ეს ფერმენტები საკვანძო მოთამაშეები არიან ზოგიერთ ბაქტერიულ თავდაცვის სისტემაში (CRISPR) და სრულიად ახალი ბაქტერიული გენების გენერირებაში. რევერსული ტრანსკრიპტაზები ახლა განიხილება, როგორც “მაღალი ადაპტაციის უნარის მქონე სტრუქტურები, რომლებიც არაერთხელ იქნა გამოყენებული” დნმ-ის რეპლიკაციის მიღმა არსებული ფუნქციებისთვის, ამბობს გაო.
CRISPR-ის მსგავსად, DRT3-საც შეიძლება ჰქონდეს პრაქტიკული გამოყენება. “DRT3 წარმოადგენს “ყველაფერი ერთში” მოლეკულურ მანქანას თანმიმდევრობაზე სპეციფიკური დნმ-ის სინთეზისთვის, რაც იშვიათი მონაპოვარია ბუნებაში”, – აღნიშნავს გაო. თუ მეცნიერები შეძლებენ Drt3b-ის ინჟინერიას სხვა თანმიმდევრობების საწარმოებლად, მათ შესაძლოა შექმნან მორგებული დნმ-ის ჯაჭვები, მაგალითად, მოწინავე ბიომასალების, როგორიცაა დნმ-ჰიდროგელების შესაქმნელად.
უფრო ფართო მასშტაბით, ეს აღმოჩენა ხაზს უსვამს იმას, თუ რამდენი რამ რჩება დაფარული მიკრობულ ბიოლოგიაში. გაოს თქმით, DRT3 უნდა განიხილებოდეს როგორც “კატალიზატორი მიკრობული სამყაროს ბნელი მატერიის ხელახლა გამოსაკვლევად”. პასტერის ინსტიტუტის მიკრობიოლოგი ოდ ბერნჰაიმი კი დასძენს: “ვინაიდან მრავალი ბაქტერიული თავდაცვის სისტემა ჯერ კიდევ დახასიათების გარეშეა, ფანტასტიკურია იმის წარმოდგენა, რომ ბევრი მათგანი აკოდირებს ისეთ ეგზოტიკურ ბიოქიმიურ ფუნქციებს, როგორიც აქ იქნა აღმოჩენილი”.
