Viirused ohustavad nii baktereid kui ka inimesi ning mõned bakterid kasutavad enda kaitsmiseks „hullumeelset molekulaarset mehhanismi“, nagu üks teadlane nimetab, selgub kahest sel kuul ajakirjas Science avaldatud uuringust. Bakterid kutsuvad esile täiesti uue geeni, mida nende repertuaaris tavaliselt ei ole. See geen, mida mõlemad selle avastanud rühmad nimetasid neo, toodab seejärel valgu, mis takistab viiruse sissetungijaid.
Kuigi mehhanism tundub veider, „on need suurepärased tööd,“ ütleb mikrobioloog Aude Bernheim Pasteuri instituudist, kes ei olnud uuringutega seotud. „Mõlemad on väga veenvad tõendid.“ Need leiud on viimane väljakutse väärarusaamale, et geneetiline teave liigub ainult ühte moodi - DNA-st RNA-ks ja valkudeks - ning tõstatavad võimaluse, et sarnased salajased geenid varitsevad ka teistes organismides, isegi inimestes.
Uuringud näitavad, et bakterid kasutavad oma uue geeni kokkupanekuks ensüüme, mida nimetatakse pöördtranskriptaasideks ja mis muudavad võtmetähtsusega rakumehhanismi vastupidiseks. Tavaliselt alustavad rakud geenide DNA-s kodeeritud teabest, et valmistada RNA molekule, näiteks sõnumitooja RNA-d (mRNA-d), mis kannavad valgu sünteesimise juhiseid. Kuid pöördtranskriptaasid võivad protsessi ümber pöörata ja toota RNA-molekulide DNA-versioone. Need ensüümid, mis on avastatud kasvajaid põhjustavates viirustes, võimaldavad ka HIVil inimese rakke vallutada. Kuid ka paljud bakterid toodavad pöördtranskriptaase ja uus töö näitab, kuidas vähemalt üks bakteriliik kasutab neid, et keerata viiruste vastu, mida tuntakse kui faagid.
Kaks uurimisrühma, kes selle pöörde avastasid, püüdsid sõltumatult mõista salapärast faagivastast kaitsemehhanismi, mille tuvastasid 2020. aastal teatud bakterites molekulaarbioloog Feng Zhang Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist, kes aitas kaasa CRISPR-geenitöötluse pioneerile, ja kolleegid. Seda kaitsesüsteemi kodeeriv bakteri DNA sisaldab lühikese RNA-molekuli järjestust, mis ei tundunud valguks transleeritavat. See sisaldas ka pöördtranskriptaasi geeni. Müsteeriumiks oli, „kuidas saab DNA-d valmistav ensüüm vastutada faagikaitse eest?“ ütleb Stephen Tang, Columbia ülikooli doktorant/doktorant Stephen Tang.
Tang juhtis koos oma juhendaja Samuel Sternbergiga ühte uurimisrühma, mis on nüüd selle mõistatuse lahendanud; Zhang ja tema järeldoktorant Max Wilkinson juhtisid teist uurimisrühma. Mõlemad rühmad kandsid kaitsesüsteemi kodeeriva DNA soolestiku bakterist laboratooriumi Escherichia coli, mis on lihtsamini manipuleeritav. Nad leidsid, et E. coli rakud kasutasid pöördtranskriptaasi, et moodustada neo - DNA koopia mõistatuslikust lühikesest RNA-segmendist - kui faagid neid ründasid. Kuid DNA oli kummaline, sisaldades tavaliselt arvukalt ühe ja sama järjestuse koopiaid - mõnikord rohkem kui 100 -, mis olid üksteise külge aheldatud. Tavaliselt jätab pöördtranskriptaas RNA-ahela pärast DNA koopia valmistamist maha, kuid muundatud E. coli puhul pöördus ensüüm ilmselt ikka ja jälle tagasi ahela algusesse, justkui mängides laulu korduvalt.
„Ma kratsisin pikka aega pead,“ ütleb Wilkinson. Tõenäoline seletus peitub selles, kuidas rakud loevad geeni DNA-d valgu valmistamiseks. Et toota vajalikku mRNA-d, peab valkude kobar kõigepealt maanduma DNA piirkonnale, mida nimetatakse promootoriks ja mis asub geeni lähedal. Neo puhul sisaldab iga korduv segment kaks promootori fragmenti, kuid need asuvad segmendi vastupidistes otstes. Ühendades kordused otsast otsani pidevas DNA-tükis, panevad bakterid kahest eraldatud tükist kokku toimiva promootori, teatavad Wilkinson, Zhang ja kolleegid täna Science'i veebiväljaandes.
See promootor ja RNA-st äsja valmistatud kõrvalolev DNA võivad seejärel toimida tüüpilise valku kodeeriva geenina. Ainult siis, kui bakterid on rünnaku all, sunnib see valk rakke puhkeolekusse, mis takistab faagide paljunemist nende sees, avaldasid Tang ja kolleegid 9. augustil Science'is. „Kui peremees lülitub välja, ei ole viirusel ressursse, et ta saaks end paljundada,“ ütleb Tang.
Miks rakud pöörduvad selle keerulise süsteemi poole, selle asemel et kogu aeg viirusvastast valku toota, jääb ebaselgeks. Üks võimalus on, et neo valk on nii tugev, et see lülitaks välja isegi terved rakud, nii et bakterid aktiveerivad seda ainult kriisi ajal. Alternatiivselt võiks mehhanism nurjata ühe faagide nakatumistaktika, ütleb Wilkinson. Kui viirused tungivad bakterisse, tükeldavad nad tavaliselt selle DNA. Aga kui bakter saab kasutada juba olemasolevat pöördtranskriptaasi ja promootorit kodeerivat RNA-d uue viirusevastase geeni loomiseks, saab ta siiski tagasi lüüa. „See on omamoodi viiruse üle kavaldamine,“ ütleb ta.
Umbes 5% bakteritest kannab kaitsesüsteemi DNA-d ja Bernheimi sõnul võib see olla veelgi rohkem levinud. „Kui bakterid saavad sellega kuidagi hakkama, siis võib-olla saavad sellega hakkama ka teised organismid.“ Tang ütleb, et ta ja tema kolleegid otsivad sarnast süsteemi isegi inimrakkudes.
Lisateave: https://www.science.org/content/article/bacteria-use-crazy-molecular-mechanism-fight-viruses
