Postoji niz virusa koji imaju strukturu DNK bitno drugačiju od svih ostalih organizama na Zemlji, pokazala su tri nova istraživanja objavljena u prestižnom časopisu Science.
Tokom pandemije se pisalo i govorilo o tome kako SARS-CoV-2 spada među viruse koji kao genetski kod imaju RNK umesto DNK koju koriste adenovirusi, ali i virusi herpesa i papilomavirusi i većina živih bića.No, istraživanja su pokazala da su virusi u svojoj evoluciji još fleksibilniji, da mogu imati DNK koja ima bitno drugačiju strukturu.DNK se generalno uvek sastoji od četiri nukleotida, odnosno baze – adenina (A), citozina (C), guanina (G) i timina (T) koji se vodonikovim vezama (prikaz dole) međusobno povezuju u bazne parove A-T i G-C prema pravilu Džejmsa Votsona i Fransisa Krika koji su prvi otkrili da kodni molekul života ima oblik dvostruke zavojnice.
Rat bakterija i virusa
No postoje virusi koji su se specijalizovali za napade na bakterije, tzv. bakteriofagi. U tom ratu koji traje već eonima virusi su usavršavali svoje tehnike napada na bakterije, a bakterije svoje mehanizme zaštite. U nekom trenutku u prošlosti bakteriofagi su ovu trku u naoružanju podigli na sasvim novu stepenicu promenivši način kodiranja svoje DNK. „Četiri nukleobaze tvore genetsku abecedu, ATCG, koja se čuva u svim domenama života”, pišu biolozi Majkl Groum i Faren Isak u nedavno objavljenom znanstvenom radu. „Međutim, 1977. godine otkriven je DNK virus cijanofag S-2L kod kojeg su sve baze A u cijelom njegovom genomu zamenjene s 2-aminoadeninom (Z) što znači da ima sasvim drugačiju genetsku abeceda ZTCG.”
Naučnici su pretpostavili da je razlog za takvu promenu samozaštita virusa. Naime, u povezujućim stepenicama dvostruke zavojnice DNK, koja nalikuje na lestve, baza Z ima tu prednost da tvori trostruku vezu sa suprotnom bazom T, jednu više od dve veze kakve ima uobičajeni par A – T. Takvu mogućnost postiže zahvaljujući dodatnom NH2 koji strši iz molekula i omogućuje jednu dodatnu vodonikovu vezu (slika dole). To genom virusa čini otpornijim jer je bakterijama teže razoriti takva hemijska jedinjenja.
Bili su fascinirani otkrićem drugačijeg genoma cijanofaga, međutim, od tada nije pronađen nijedan drugi bakteriofag sa Z-genomom. Budući da se cijanofag S-2L teško uzgaja u laboratoriji, Z-genom je pomalo zaboravljen kao svojevrstan kuriozitet.
Deseci virusa sa Z-DNK
Međutim, nova istraživanja, predstavljena u tri odvojena rada naučnika iz Francuske i Kine, pokazala su da ovakva DNK nije unikatna, da postoji kod velikog broja bakteriofaga. „Naučnici su dugo sanjali o povećanju raznolikosti baza DNK. Naš rad pokazuje da je priroda već smislila način za to”, napisao je u svom radu jedan od timova, predvođen prvim autorom Jenom Čouom sa Univerziteta u Tiađinu.
Čouov tim, zajedno s drugom grupom koju je vodila mikrobiološkinja Dona Slaiman iz Instituta Paster, pronašli su dva glavna proteina koja su nazvali PurZ i PurB,a oni stvaraju bazu Z.
Treća grupa, koju je predvodila sintetička biološkinja sa Univerziteta Pariz-Sakle, Valeri Pezo, potvrdila je ta otkrića i analizirala enzim – nazvan DpoZ – koji je odgovoran za sastavljanje celog Z-genoma.
Kako A postaje Z?
Jedno od važnih pitanja koje je otkriće nametnulo jeste kako se adenin (A) u DNK zamenjuje sa diaminopurinom (Z). Pokazalo se da jedan od gena prisutnih u genomu virusa S-2L kodira protein koji je povezan s onim koji ćelije koriste za stvaranje A, baze najsličnije Z. No, kada se pažljivo pogleda protein koji taj gen kodira, otkriva se da se nekoliko aminokiselina koje učestvuju u katalizaciji hemijskih reakcija ipak razlikuje. Te promene utiču na to koji molekuli mogu stati na katalitičko mesto na proteinu kodiranom genom. Istraživanje genoma drugih virusa pokazalo je da se jedna od ovih specifičnih promena nalazi u desecima drugih virusa.
Istraživači su napravili neke od proteina virusa i inkubirali ih zajedno sa sirovinama koje koristi normalna verzija enzima. Otkrili su da protein, umesto da stvara prethodnik adenina, stvara prekursor diaminopurina. Drugi enzim koji se nalazi u bakterijama, potom je taj prekursor pretvorio u zrelu bazu za stvaranje Z-DNK. Dakle, virus nosi sve što je potrebno za stvaranje vlastite Z-DNK.
U svojim istraživanjima naučnici su pronašli više od 60 virusnih genoma koji su sadržali kombinaciju gena potrebnu za kodiranje Z-DNK.
Čemu služi takva promena?
Jedno od ključnih pitanja koje je nametnulo otkriće jeste, takođe, zašto bi virusi prolazili kroz sve ove zavrzlame da bi stvorili neku posebnu DNK?
Naučnici smatraju da je razlog za to zaštita od oružja kojim se bakterije štite od virusa. Jedan od glavnih oblika odbrane što ih bakterije koriste jesu enzimi koji prepoznaju specifične virusne sekvence u DNK i režu ih. Bakterije istovremeno hemijski modifikuju vlastite DNK tako da isti enzimi u njima ne mogu rezati vlastitu DNK, što znači da će rezati samo stranu, poput one virusa.
Ispostavilo se da ti enzimi bakterija ne uspevaju prepoznati sekvence Z-DNA i stoga ih ne mogu izrezati. Na taj način virus u potpunosti izbegava ovu vrstu bakterijske odbrane. Istraživači su testirali razne enzime za rezanje i ustanovili da nijedan koji inače služi za rezanje uobičajene sekvence DNK koja bi na ciljanom mestu rezanja imala A, nije uspeo obaviti posao rezanja. To znači da baze Z ometaju sposobnost enzima da prepoznaju DNK koja sadrži bazu A. Uz to, trostruka vodonikova veza Z i T otpornija je od dvostruke A i T.
Vanzemaljsko poreklo Z
Još jedna zanimljivost u otkriću jesta ta da je diaminopurin identifikovan u meteoritima, što sugeriše da se može bez previše problema spontano formirati u svemiru. To je otkriće u skladu s idejom da su neke hemikalije koje su pokrenule život mogle stići na Zemlju iz svemira. Međutim, to je takođe otvorilo pitanje zašto je diaminopurin u nekom kasnijem trenutku zamenjen adeninom.
Istraživanje je, među ostalim, zanimljivo i zato što postoji mnogo mogućih načina za korišćenje alternativnih oblika DNK. Naime, bazni parovi Z-T trebalo bi tvoriti stabilnije interakcije od A-T parova, što bi moglo biti korisno u slučajevima kada istraživači koriste DNK u strukturne ili računarske svrhe.Osim toga, oblik DNK koji proteini u većini ćelija ne prepoznaju mogao bi lako pronaći puno potencijalnih medicinskih primena.
(Izvor Indeks)
