Заштитиле су своју ДНK тако што су је хемијски промениле. Најдражи им је начин да тако обележе своју ДНK једним угљениковим атомом (метилном групом). Стратегија је била генијална – њихова је ДНK заштићена, а ензимима као ласерима режу вирусну ДНK.
Др Стрибор Марковић
Шта је то имунолошки систем? Забога, о томе постоје групе предавања на факултетима, појам је који се врти по друштвеним мрежама, баш као и у маркетингу. Сви бисмо волели нешто рећи, ретко када се запитамо како је све почело. Једно је сигурно: није уопште започело онако како је текло његово откриће. Иља Илич Мечников открио је основе ћелијске одбране, ћелијске имуности, а Емил фон Беринг и Шибасабура Kитасато увели су нас у свет антитела, хуморалне имуности, али то су тек млађахна деца у дугој повести имунолошког система. Ту није започела битка. Битка је започела на потпуно другој равни, равни нуклеинских киселина, ДНK и РНK и ту се распламсавала док још није било ни ћелија, ни антитела.
Године 1950. Мери Хјумен радила је за већ тада цењеног професора Салвадора Лурија, италијанског емигранта у САД, који је побегао од лудила Другог светског рата. Она се бавила бактериофагима, вирусима који нападају бактерије. Помало збуњена једног дана је заборавила узгојити бактерију Escherichia coli коју је користила у истраживању. Одлучила је уместо ње користити у експерименту бактерију Shigella dysenteriae, узрочника цревне инфекције. Мери је проучавала бактериофаг Т2 који се необично променио у бактерији Escherichia coli. Растом, уместо да је убије, Т2 бактериофаг једва би успео инфицирати нове Escherichia-е. Тај дан, како је узела бактерију Shigella dysenteriae, Т2 бактериофаг је поново срећно растао. По свим тада мерљивим карактеристикама, тај је бактериофаг није се проминио шетњом између те две врсте бактерија. Шљампавост и растрешеност створила је биотехнологију.
Започео је дуготрајан рад да се открије зашто се то догодило и више група широм света покушало је пронаћи одговор. Откриће ће у потпуности променити не само нашу перцепцију имунолошког система, већ ће унети револуцију у биотехнологију и знатно убрзати нова открића.
Давно пре постојања еукариота, што укључује и људе, постојале су бактерије и археје, али су и постојали вируси који их нападају. Морале су развити одбрану, но одбрана није могла бити ни теоретски слична нашој. Биле су једна ћелија, нису могле имати, попут нас људи, луксуз ћелијских линија задужених само за одбрану Нису могле стварати ни антитела. Битку је требало добити у ДНK и РНK. Бактериофаги садрже ДНK (ређе РНK) и бактерије су створиле ензиме који могу цепати вирусну ДНK кад би препознале тачно одређене фрагменте ДНK. Ако вирусу поцепаш ДНK, логика је била једноставна, убићеш га. То доиста одлично функционише. Но, поставља се питање, а како су заштитиле властиту ДНK да је не разграде као вирусну ДНK?
Бактерије су нашле начин. Заштитиле су своју ДНK тако што су је хемијски промениле. Најдражи им је начин да тако обележе своју ДНK једним угљениковим атомом (метилном групом). Стратегија је била генијална – њихова је ДНK заштићена, а ензимима као ласерима режу вирусну ДНK. Kако такви ензими изазивају рестрикцију (ограничење) да вирус нападне бактерију, названи су рестрикцијски ензими (1). Но, стратегија није могла трајати вечно, незгодан појам еволуцијске трке упетљао је своје прсте. Неки бактериофаги су нашли начин да заштите своју ДНK. Т2 бактериофаг с којим је радила Мери Хјумен пронашао је начин да хемијски промени своју ДНK. Тако промењена ДНK вируса би након уласка у бактерију подстакла бактерију да на ДНK веже шећер. То би их штитило од напада рестрикцијских ензима и бактериофаг би могао нападати бактерије (2).
Игром срећних околности, Escherichia coli коју су користили Мери Хјумен и Салвадор Лурија имала је „генетски дефект”. Наиме, није имала једињење које би омогућило везивање шећера на вирусну ДНK. Уласком у бактерију, бактериофаг би пустио своју ДНK, но како Escherichia coli није на њу могла везати шећер, ДНK Т2 бактериофага остала би незаштићена и он није могао даље да расте. Но, кад се такав бактериофаг пребацио у другу врсту, Shigella dysenteriae, та је могла везати шећер за ДНK бактериофага и он би поново постао смртоносан. Салвадор Лурија користио је врло симпатичне изразе – „слатки” бактериофаг био je онај заштићен од одбрамбеног система бактерије, а „кисели” је био осетљив (3). Kада су објавили свој научни рад 1952. године, тек је започела дуготрајна трка за ензимима који су за то задужени. У то доба чак се није знало да метилацијом бактерија штити властиту ДНK од ензима који попут маказа режу ДНK.
Године 1970. Хамилтон Смит и његов тим први су изоловали рестрикцијски ензим, маказе које режу ДНK, из бактерије Haemophilus influenzae и назвали су га Hind II. Убрзо после тога настала је експлозија открића и откривено је стотине ензима који режу тачно одређене секвенце. Примерице, други ензим изолован из Haemophilus influenzae je Hind III, реже секвенцу на слици (4). Он тражи A A G C T T било где и јадан ли је бактериофаг уколико овај ензим нађе ту секвенцу у његовој ДНK.
Ускоро су рестрикцијски ензими постали маказе не бактерија, већ биотехнологије и молекуларне биологије. Те маказе су почели користити научници да би велике молекуле ДНK резали на мање фрагменте, анализирали и користили уколико желе створити неки протеин у лабораторијским условима. Постали су једна од најважнијих оруђа не само биотехнологије, већ и у производњи биотехнолошких лекова попут инсулина, а и дијагностике. Знатан број људи познаје данас појам PCR, али рестрикцијски ензими заслужују, по мом мишљењу, једнако важно, ако не и важније место у историји науке.
Помогли су нам и да појам имунолошког система преселимо далеко, даље од људског. Једна од најважнијих функција науке одувек је била да нас излечи од антропоцентричности, у преводу, егоцентричности. Наш имунолошки систем тек је малени део далеко веће и далеко старије приче. Није човек центар Земље, а камоли свемира; нисмо ни први, ни последњи. Много, много ружних социолошких појава данашњице отпор је овом процесу лечења људског рода који, парадоксално, није болан, већ радостан.
Рестрикцијски ензими тек су део древног имунолошког система у равни ДНK и РНK.
(1) Постоји низ других механизама којим бактерија штити своју ДНK, а не само метилација. Видети референце испод.
(2) Такви бактериофаги уместо базе цитозина садрже хидроксиметилцитозин који „нареди” бактерији да на њега веже шећер и тако спречи рестрикцијске ензиме бактерије да поцепају ДНK бактериофага.
(3) Да бих предупредио олаке закључке површног читања, слатко, шећери и кисео у овом контексту вируса нема никакве везе с људском исхраном или укусима.
(4) Постоји више класа рестрикцијских ензима и неке имају сложеније механизме везивања. Погледати референце или Wikipedia-у.
За читање:
Sci Am. 1970 Jan;222(1):88-92 passim.
Nucleic Acids Res. 2014 Jan;42(1):3-19.
Nucleic Acids Res. 2013 Aug 29;42(1):56–69.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Apr 26;102(17):5905-8.
(Илустрација Escherichia coli/Pixabay)
(Астрномски магазин)
