Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) mokslininkai paskelbė naują mokslinį straipsnį prestižiniame žurnale „Nature Structural & Molecular Biology“. Publikacijoje atskleidžiamas iki šiol menkai ištirtas bakterijų antivirusinės gynybos mechanizmas, kurių veikimo principai gali būti pritaikomi kuriant naujus genomo redagavimo ar biologinės kontrolės įrankius.
Mokslininkai dokt. Monika Jasnauskaitė, dokt. Jonas Juozapaitis, dokt. Toma Liegutė, dr. Rokas Grigaitis, dr. Aistė Skorupskaitė, dr. Wielandas Steinchenas, dokt. Algirdas Mikšys, dr. Lidija Truncaitė, dokt. Kristina Kazlauskaitė, dr. María F. Torres Jimenez, dokt. Sharvika Subodh Khochare, dr. Gytis Dudas, prof. Gertas Bange, dr. Lina Malinauskaitė, dr. Inga Songailienė ir dr. Patrickas Pauschas tyrė specialią bakterijų sistemą, vadinamą retronu Eco2, kurią sudaro unikalus baltymų-DNR kompleksas, gebantis atpažinti virusų fermentus ir inicijuoti apsauginę reakciją.
Virusas aktyvuoja pražūtingą bakterijos apsaugos mechanizmą
Bakterijas nuolat puola virusai – bakteriofagai. Kad išgyventų, jos yra išvysčiusios įvairias apsaugos sistemas. Viena jų – retronas Eco2, bakterijų antivirusinė sistema, sudaryta iš vieno baltymo ir jo gaminamos viengrandės DNR molekulės, vadinamos msDNR.
Pasak dr. P. Pauscho laboratorijoje dirbančios doktorantės M. Jasnauskaitės, Eco2 baltymas turi dvi funkcines dalis: fermentą, kuris iš RNR pagamina DNR, ir kitą dalį – fermentą, galintį kirpti RNR molekules. „Įprastomis sąlygomis sistema yra neaktyvi. MsDNR molekulė veikia kaip saugiklis – ji uždengia Eco2 baltymo dalį, kerpančią RNR, todėl ji nėra veiksni“, – teigia doktorantė.
„Iš pradžių nebuvo aišku, kas tiksliai suaktyvina šį mechanizmą. Mūsų rezultatai parodė, kad Eco2 įsijungia tada, kai virusas pradeda ardyti bakterijos gaminamą DNR molekulę. Kitaip tariant, pati viruso ataka tampa signalu bakterijai pereiti į gynybos režimą“, – pasakoja M. Jasnauskaitė.
Anot jos, virusas į bakteriją atsineša savo DNR ardančią molekulę – fermentą DenB. Šis baltymas pradeda ardyti msDNR, o būtent tai aktyvuoja apsaugos mechanizmą.
„Kai msDNR suardoma, atsiveria RNR kerpanti Eco2 baltymo dalis ir pradeda ardyti pernašos RNR molekules, būtinas baltymų gamybai. Be jų virusas nebegali pasigaminti savo komponentų ir daugintis“, – sako dr. P. Pauschas.
Unikali baltymo struktūra lemia bakterijos gynybinę funkciją
Norėdami suprasti, kaip šis mechanizmas veikia molekuliniu lygiu, mokslininkai pasitelkė krioelektroninę mikroskopiją – metodą, leidžiantį pamatyti baltymų sandarą beveik atominiu tikslumu.
„Paaiškėjo, kad Eco2 sudaro trijų identiškų dalių kompleksą, išsidėsčiusį simetriškai aplink centrą. MsDNR molekulė čia atlieka dvejopą vaidmenį: ji ne tik sujungia baltymo dalis, bet ir fiziškai blokuoja RNR kerpančią Eco2 baltymo vietą. Kol ši DNR nepažeista, sistema lieka išjungta“, – pasakoja M. Jasnauskaitė.
Kai viruso fermentas suardo msDNR, baltymo sandara šiek tiek pasikeičia ir atsiveria galimybė pradėti RNR kirpimą. Tyrimai parodė, kad aktyvuota Eco2 sistema pirmiausia pažeidžia tam tikras tRNR molekules, taip sustabdydama baltymų gamybą.
M. Jasnauskaitės teigimu, šis atradimas parodo, kad net labai paprastos molekulinės sistemos gali veikti, kaip tiksliai reguliuojami biologiniai jungikliai. Struktūrinis šios sistemos supratimas taip pat atveria galimybes svarstyti galimus biotechnologinius pritaikymus.
Plačios naujų atradimų perspektyvos
„Eksperimentai parodė, kad Eco2 sistema turi plačią antivirusinę apsaugą, veikdama prieš skirtingų šeimų bakteriofagus. Tai reiškia, kad tokios minimalios sistemos yra efektyvios bakterijas apsaugant nuo virusų ir paaiškina, kodėl jos taip plačiai paplitusios gamtoje“, – sako dr. P. Pauschas.
Be fundamentinės reikšmės biologijos srityje, šis atradimas turi taikomąjį potencialą biotechnologijose. Kadangi retronai gamina DNR molekules ir veikia specifiniais signalais, jų principai gali būti pritaikyti kuriant naujus genomo redagavimo ar biologinės kontrolės įrankius.
Šis tyrimas – dar vienas svarbus VU mokslininkų indėlis į pasaulinį antivirusinės gynybos sistemų supratimą. Jis papildė žinias apie tai, kaip net paprastos molekulės gali būti panaudotos sudėtingoms biologinėms problemoms spręsti.
About the Author
