Netikėtas kelias iki DNR
Mokslininkai aprašė netikėtą biologinį mechanizmą, kai bakterija gali sukurti DNR grandinę be įprasto nukleorūgšties šablono. Tyrime parodyta, kad dalį informacijos, kuri paprastai kopijuojama iš DNR ar RNR, šįkart „užkoduoja“ pats baltymas.
Įprastai DNR replikuojasi pagal aiškią taisyklę: viena grandinė tarnauja kaip šablonas kitai, o bazės poruojasi A su T ir C su G. Kartais DNR gali būti gaminama ir pagal RNR šabloną, kai veikia atvirkštinė transkriptazė, tačiau net ir tuomet šablonas būna nukleorūgštis.
Kas yra DRT3 ir ką jis daro
Tyrėjai nagrinėjo bakterijų antivirusinės gynybos sistemą, vadinamą su gynyba susijusiomis atvirkštinėmis transkriptazėmis, o konkrečiai – DRT3 sistemą, aptiktą Escherichia coli. Paaiškėjo, kad joje dirba du fermentai, kurie DNR grandines sukuria ne vienodu principu.
Vienas sistemos fermentas įprastesniu keliu sintetina DNR pagal RNR šabloną. Tačiau kitas fermentas, pavadintas DRT3b, geba pagaminti labai specifinę pasikartojančią DNR seką net tada, kai RNR šablono nėra.
„Užuot kopijavusi vieną DNR grandinę, ši sistema naudoja dvi skirtingas atvirkštines transkriptazes, kurios atskirai sukuria dvi komplementarias grandines“, – sakė Kolumbijos universiteto biochemikas Samuelis Sternbergas.
Baltymas tampa „šablonu“
Naudodami krioelektroninę mikroskopiją mokslininkai pamatė, kad DRT3b aktyviojoje vietoje esantys konkretūs aminorūgščių likučiai gali nulemti, kokios DNR „raidės“ bus prijungiamos. Kitaip tariant, informacija iš baltymo aminorūgščių struktūros tiesiogiai virsta DNR seka.
Tyrime aprašyta, kad taip susidaro labai paprasta, pasikartojanti grandinė, kurioje kartojasi C ir A seka. Kai mokslininkai pakeitė dvi, įtariamai lemiančias seką, aminorūgštis, sutriko ir DNR sintezė, ir bakterijos apsauga nuo virusų.
„Iš esmės baltymo aminorūgščių informacija čia yra išverčiama į DNR seką, ir tai visiškai kitoks informacijos srautas, nei įprastai įsivaizduojame biologijoje“, – sakė S. Sternbergas.
Dvi grandinės susidaro atskirai
Dar vienas tyrimo akcentas – įprastai dvigrandė DNR atsiranda tada, kai pagal esamą grandinę sintetinta nauja poruojasi su ja iš karto. DRT3 atveju dvi komplementarios grandinės, kaip rodo duomenys, susidaro nepriklausomai viena nuo kitos, naudodamos skirtingus „šaltinius“: viena remiasi RNR, kita – baltymu.
Tuomet šios dvi grandinės pačios susiranda viena kitą ir susiporuoja į dvigrandę DNR spiralę. Tai keičia įprastą supratimą, kad vienos grandinės informacija visada yra tiesioginis šablonas kitai.
Kam bakterijai to reikia
Šis mechanizmas nėra vien biocheminė keistenybė: DRT3 yra gynybos sistema prieš bakterijas užpuolančius virusus, vadinamus bakteriofagais. Tyrėjai aiškina, kad neįprasta DNR veikia kaip savotiški spąstai, kurie suaktyvėja tam tikromis infekcijos sąlygomis.
Įprastai bakterijoje veikiantis fermentų kompleksas RecBCD ardo DRT3 sukurtą DNR ir neleidžia jai kauptis. Tačiau dalis virusų, siekdami išgyventi, bando išjungti RecBCD, ir taip netyčia pašalina „stabdį“ DRT3 sistemai, todėl neįprasta DNR ima kauptis.
Susikaupus šiai DNR bakterija nustoja augti, o tai apsunkina viruso dauginimąsi ir plitimą toliau. Vis dėlto mokslininkai dar turi išsiaiškinti, koks tikslus molekulinis kelias sustabdo bakterijos augimą ir ar panašios sistemos gali „rašyti“ ir kitokias DNR sekas.
Rezultatai iškelia platesnę mintį, kad bakterijų imuninėse sistemose gali slypėti dar daug iki šiol neaprašytų fermentinių mechanizmų. Tai svarbu ne tik fundamentinei biologijai, bet ir galimoms biotechnologijų kryptims, kai DNR sintezė ar jos valdymas ateityje galėtų būti pergalvotas visiškai naujais principais.