CP v2

Tag: Bakteriofagai

  • Mokslininkus pribloškė atradimas: bakterija DNR pasigamina be DNR šablono – kaip tai įmanoma?

    Mokslininkus pribloškė atradimas: bakterija DNR pasigamina be DNR šablono – kaip tai įmanoma?

    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.

  • Mokslininkai DI atidavė genomą: sukūrė naujus virusus, bet tik tam, kad kovotų su kitais

    Mokslininkai DI atidavė genomą: sukūrė naujus virusus, bet tik tam, kad kovotų su kitais

    Tarptautinė mokslininkų grupė pademonstravo, kad dirbtinis intelektas gali ne tik analizuoti biologinius duomenis, bet ir generuoti naujas DNR sekas, iš kurių laboratorijoje galima išgauti anksčiau gamtoje nefiksuotus virusus. Eksperimento tikslas nebuvo kurti patogenus žmonėms ar gyvūnams, o suprojektuoti bakteriofagus – virusus, kurie puola bakterijas.

    Tyrime naudoti genomų modeliavimo įrankiai mokomi atpažinti dėsningumus genetinėse sekose panašiai, kaip kalbos modeliai prognozuoja kitą žodį sakinyje. Tokiu būdu DI gali pasiūlyti visiškai naujų genetinių „variantų“, kurių anksčiau nebuvo stebėta, o mokslininkai gali patikrinti, ar jie veikia realiomis sąlygomis.

    Šį kartą taikiniu tapo bakterijos, tarp jų ir Escherichia coli grupės atmainos, kurios dažnai naudojamos kaip modelinis organizmas laboratorijose, bet kai kurios jų gali sukelti ir sunkias infekcijas. Bakteriofagai jau seniai tiriami kaip alternatyva arba papildymas antibiotikams, ypač kai daugėja antimikrobiniams vaistams atsparių bakterijų.

    Pastaraisiais metais antibiotikų atsparumas laikomas viena didžiausių visuomenės sveikatos grėsmių, todėl ieškoma sprendimų, leidžiančių taikliau naikinti konkrečius bakterijų štamus. Fagų terapijos idėja vilioja tuo, kad bakteriofagai paprastai yra labai selektyvūs, tačiau praktikoje kliūčių kelia tinkamo fago parinkimas, gamyba ir greitas pritaikymas pacientui.

    Tyrimo rezultatai rodo, kad DI galėtų pagreitinti šią paiešką, nes vietoje ilgo bandymų kelio būtų galima greičiau „sugeneruoti“ kandidatų biblioteką ir atrinkti perspektyviausius. Vis dėlto mokslininkai pabrėžia, kad tai nereiškia automatinio proveržio klinikoje: reikalingi saugumo, veiksmingumo ir reguliavimo patikrinimai, o kiekvienas realus pritaikymas būtų ilgas procesas.

    Kartu šis eksperimentas iškelia sudėtingą biologinio saugumo klausimą: jei DI gali padėti projektuoti naujus virusus, atsiranda rizika, kad panašūs metodai gali būti pritaikyti ir kenksmingiems tikslams. Dėl to vis dažniau kalbama apie atsakingą genetinių modelių diegimą, prieigos kontrolę, jautrių duomenų apsaugą ir aiškesnes taisykles, kaip publikuoti metodikas, kad jos nepalengvintų piktnaudžiavimo.

    „Šiandien dar negalime paspausti mygtuko ir užsisakyti pavojingo viruso, tačiau pati kryptis rodo kokybinį šuolį: modeliai pereina nuo analizės prie biologinių sistemų projektavimo“, – pabrėžia biologinio saugumo ekspertai, vertinantys šios srities raidą.

    Praktinėje plotmėje svarbu ir tai, kad tyrėjai sąmoningai rinkosi santykinai paprastesnius bakteriofagus ir vengė darbo su žmogų infekuojančių virusų duomenimis. Tačiau platesnė žinutė aiški: genomų modeliavimo DI įrankiai sparčiai artėja prie to, kad naujų biologinių konstrukcijų kūrimas taptų greitesnis, pigesnis ir prieinamesnis, o tai reikalaus ne tik mokslo, bet ir politikos sprendimų.