Zaštitile su svoju DNK tako što su je hemijski promenile. Najdraži im je način da tako obeleže svoju DNK jednim ugljenikovim atomom (metilnom grupom). Strategija je bila genijalna – njihova je DNK zaštićena, a enzimima kao laserima režu virusnu DNK.
Dr Stribor Marković
Šta je to imunološki sistem? Zaboga, o tome postoje grupe predavanja na fakultetima, pojam je koji se vrti po društvenim mrežama, baš kao i u marketingu. Svi bismo voleli nešto reći, retko kada se zapitamo kako je sve počelo. Jedno je sigurno: nije uopšte započelo onako kako je teklo njegovo otkriće. Ilja Ilič Mečnikov otkrio je osnove ćelijske odbrane, ćelijske imunosti, a Emil fon Bering i Šibasabura Kitasato uveli su nas u svet antitela, humoralne imunosti, ali to su tek mlađahna deca u dugoj povesti imunološkog sistema. Tu nije započela bitka. Bitka je započela na potpuno drugoj ravni, ravni nukleinskih kiselina, DNK i RNK i tu se rasplamsavala dok još nije bilo ni ćelija, ni antitela.
Godine 1950. Meri Hjumen radila je za već tada cenjenog profesora Salvadora Lurija, italijanskog emigranta u SAD, koji je pobegao od ludila Drugog svetskog rata. Ona se bavila bakteriofagima, virusima koji napadaju bakterije. Pomalo zbunjena jednog dana je zaboravila uzgojiti bakteriju Escherichia coli koju je koristila u istraživanju. Odlučila je umesto nje koristiti u eksperimentu bakteriju Shigella dysenteriae, uzročnika crevne infekcije. Meri je proučavala bakteriofag T2 koji se neobično promenio u bakteriji Escherichia coli. Rastom, umesto da je ubije, T2 bakteriofag jedva bi uspeo inficirati nove Escherichia-e. Taj dan, kako je uzela bakteriju Shigella dysenteriae, T2 bakteriofag je ponovo srećno rastao. Po svim tada merljivim karakteristikama, taj je bakteriofag nije se prominio šetnjom između te dve vrste bakterija. Šljampavost i rastrešenost stvorila je biotehnologiju.
Započeo je dugotrajan rad da se otkrije zašto se to dogodilo i više grupa širom sveta pokušalo je pronaći odgovor. Otkriće će u potpunosti promeniti ne samo našu percepciju imunološkog sistema, već će uneti revoluciju u biotehnologiju i znatno ubrzati nova otkrića.
Davno pre postojanja eukariota, što uključuje i ljude, postojale su bakterije i arheje, ali su i postojali virusi koji ih napadaju. Morale su razviti odbranu, no odbrana nije mogla biti ni teoretski slična našoj. Bile su jedna ćelija, nisu mogle imati, poput nas ljudi, luksuz ćelijskih linija zaduženih samo za odbranu Nisu mogle stvarati ni antitela. Bitku je trebalo dobiti u DNK i RNK. Bakteriofagi sadrže DNK (ređe RNK) i bakterije su stvorile enzime koji mogu cepati virusnu DNK kad bi prepoznale tačno određene fragmente DNK. Ako virusu pocepaš DNK, logika je bila jednostavna, ubićeš ga. To doista odlično funkcioniše. No, postavlja se pitanje, a kako su zaštitile vlastitu DNK da je ne razgrade kao virusnu DNK?
Bakterije su našle način. Zaštitile su svoju DNK tako što su je hemijski promenile. Najdraži im je način da tako obeleže svoju DNK jednim ugljenikovim atomom (metilnom grupom). Strategija je bila genijalna – njihova je DNK zaštićena, a enzimima kao laserima režu virusnu DNK. Kako takvi enzimi izazivaju restrikciju (ograničenje) da virus napadne bakteriju, nazvani su restrikcijski enzimi (1). No, strategija nije mogla trajati večno, nezgodan pojam evolucijske trke upetljao je svoje prste. Neki bakteriofagi su našli način da zaštite svoju DNK. T2 bakteriofag s kojim je radila Meri Hjumen pronašao je način da hemijski promeni svoju DNK. Tako promenjena DNK virusa bi nakon ulaska u bakteriju podstakla bakteriju da na DNK veže šećer. To bi ih štitilo od napada restrikcijskih enzima i bakteriofag bi mogao napadati bakterije (2).
Igrom srećnih okolnosti, Escherichia coli koju su koristili Meri Hjumen i Salvador Lurija imala je „genetski defekt”. Naime, nije imala jedinjenje koje bi omogućilo vezivanje šećera na virusnu DNK. Ulaskom u bakteriju, bakteriofag bi pustio svoju DNK, no kako Escherichia coli nije na nju mogla vezati šećer, DNK T2 bakteriofaga ostala bi nezaštićena i on nije mogao dalje da raste. No, kad se takav bakteriofag prebacio u drugu vrstu, Shigella dysenteriae, ta je mogla vezati šećer za DNK bakteriofaga i on bi ponovo postao smrtonosan. Salvador Lurija koristio je vrlo simpatične izraze – „slatki” bakteriofag bio je onaj zaštićen od odbrambenog sistema bakterije, a „kiseli” je bio osetljiv (3). Kada su objavili svoj naučni rad 1952. godine, tek je započela dugotrajna trka za enzimima koji su za to zaduženi. U to doba čak se nije znalo da metilacijom bakterija štiti vlastitu DNK od enzima koji poput makaza režu DNK.
Godine 1970. Hamilton Smit i njegov tim prvi su izolovali restrikcijski enzim, makaze koje režu DNK, iz bakterije Haemophilus influenzae i nazvali su ga Hind II. Ubrzo posle toga nastala je eksplozija otkrića i otkriveno je stotine enzima koji režu tačno određene sekvence. Primerice, drugi enzim izolovan iz Haemophilus influenzae je Hind III, reže sekvencu na slici (4). On traži A A G C T T bilo gde i jadan li je bakteriofag ukoliko ovaj enzim nađe tu sekvencu u njegovoj DNK.
Uskoro su restrikcijski enzimi postali makaze ne bakterija, već biotehnologije i molekularne biologije. Te makaze su počeli koristiti naučnici da bi velike molekule DNK rezali na manje fragmente, analizirali i koristili ukoliko žele stvoriti neki protein u laboratorijskim uslovima. Postali su jedna od najvažnijih oruđa ne samo biotehnologije, već i u proizvodnji biotehnoloških lekova poput insulina, a i dijagnostike. Znatan broj ljudi poznaje danas pojam PCR, ali restrikcijski enzimi zaslužuju, po mom mišljenju, jednako važno, ako ne i važnije mesto u istoriji nauke.
Pomogli su nam i da pojam imunološkog sistema preselimo daleko, dalje od ljudskog. Jedna od najvažnijih funkcija nauke oduvek je bila da nas izleči od antropocentričnosti, u prevodu, egocentričnosti. Naš imunološki sistem tek je maleni deo daleko veće i daleko starije priče. Nije čovek centar Zemlje, a kamoli svemira; nismo ni prvi, ni poslednji. Mnogo, mnogo ružnih socioloških pojava današnjice otpor je ovom procesu lečenja ljudskog roda koji, paradoksalno, nije bolan, već radostan.
Restrikcijski enzimi tek su deo drevnog imunološkog sistema u ravni DNK i RNK.
(1) Postoji niz drugih mehanizama kojim bakterija štiti svoju DNK, a ne samo metilacija. Videti reference ispod.
(2) Takvi bakteriofagi umesto baze citozina sadrže hidroksimetilcitozin koji „naredi” bakteriji da na njega veže šećer i tako spreči restrikcijske enzime bakterije da pocepaju DNK bakteriofaga.
(3) Da bih predupredio olake zaključke površnog čitanja, slatko, šećeri i kiseo u ovom kontekstu virusa nema nikakve veze s ljudskom ishranom ili ukusima.
(4) Postoji više klasa restrikcijskih enzima i neke imaju složenije mehanizme vezivanja. Pogledati reference ili Wikipedia-u.
Za čitanje:
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.
(Ilustracija Escherichia coli/Pixabay)
(Astrnomski magazin)
