Учени откриха напълно нов начин, по който ДНК може да бъде синтезирана.
Процесът на изграждане на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина, ако използваме пълното ѝ наименование) обикновено изисква „шаблон“, по който работят изграждащите протеини, наречени ензими.
Сега обаче екип от Станфордския университет е установил, че вид ензим, известен като полимераза, може да функционира без такъв план. Самата му форма действа като калъп, по който може да се синтезира нова ДНК – без необходимост от външни ориентири.
Подобно нещо не е наблюдавано досега.
Макар откритието да не пренаписва изцяло учебниците по биология, то със сигурност добавя интригуваща нова глава. Има потенциални последици за поведението на бактериите, биологичната еволюция и самите градивни елементи на живота.
„Ензимният синтез на нуклеинови киселини е фундаментален процес, който стои в основата на репликацията на генома, неговото възстановяване и разнообразни форми на обработка на информация във всички домейни на живота“, пишат изследователите в публикуваната си статия.
„Тези резултати разширяват функционалния спектър на полимеразите на нуклеинови киселини, разкривайки механизъм за синтез на ДНК със специфична последователност, базиран на протеинов шаблон.“
Тласъкът за това изследване идва от интереса към т.нар. защитно-асоциирани обратни транскриптази (DRT) – молекули, които бактериите използват, за да се защитават от вирусни атаки. Учените вече са наблюдавали някои необичайни форми на изграждане на ДНК при тези полимерази.
По-конкретно екипът клонира система DRT3 от бактерията Escherichia coli и изследва поведението ѝ както в епруветки, така и в живи клетки. Това разкрива три компонента на „машината“ за създаване на ДНК: два ензима, наречени Drt3a и Drt3b, както и молекула некодираща РНК.
Именно Drt3b се оказва голямата изненада – той изпълнява своята част от изграждането на ДНК без да използва какъвто и да е външен шаблон. Това е самодостатъчен механизъм, какъвто досега не е наблюдаван.
Сегашното ни разбиране за биологията предполага, че генетичната информация се предава от ДНК „чертеж“ към изграждащите протеини. При Drt3b обаче процесът е затворен сам в себе си – самата „архитектура“ на системата действа като собствен шаблон, определяйки как ще бъде кодирана ДНК.
„Самият протеин служи като чертеж за последователността на ДНК“, казва биохимикът Алекс Гао от Станфордския университет пред Science. „Това беше доста изненадващо. Това е фундаментално нов начин, по който животът създава ДНК.“
Засега изследователите не са напълно сигурни как точно бактериите използват DRT3, за да се защитят от вируси. И макар това да изглежда като много специфичен механизъм, това не означава, че не може да намери и други приложения.
Системата CRISPR също започва като естествен защитен механизъм при бактериите, преди учените да я „заемат“, за да създадат революционната технология за редактиране на гени.
В по-дългосрочен план съществува възможността трикът, използван от Drt3b, също да бъде овладян и инженерно приложен – макар че това засега остава далечна перспектива.
В момента учените вече работят върху начини за създаване на синтетична ДНК в лаборатория, но конкретната полимераза Drt3b, изследвана тук, представлява силно специфичен и фиксиран „калъп“. Това ще направи трудно – макар и не невъзможно – нейното пренастройване за други цели.
Необходими са и допълнителни изследвания, за да се разбере точно как DRT3 се справя с вирусните атаки и как бактериите го използват. Това би дало по-задълбочена представа за създаването на този тип ДНК и потенциалните му приложения.
Остава и въпросът как се е появил този ефективен „пряк път“. Изследователите предполагат, че DRT3 е активен при много бактериални видове и има дълга еволюционна история като начин за борба с вируси с минимален разход на енергия.
„Като цяло системата DRT3 използва неочакван механизъм за пренос на биологична информация, разширявайки впечатляващия набор от стратегии, базирани на нуклеинови киселини, в защитата срещу бактериофаги“, пишат учените.
Изследването е публикувано в списанието Science.
