Постоји низ вируса који имају структуру ДНK битно другачију од свих осталих организама на Земљи, показала су три нова истраживања објављена у престижном часопису Sciencе.
Током пандемије се писало и говорило о томе како SARS-CoV-2 спада међу вирусе који као генетски код имају РНK уместо ДНK коју користе аденовируси, али и вируси херпеса и папиломавируси и већина живих бића. Но, истраживања су показала да су вируси у својој еволуцији још флексибилнији, да могу имати ДНK која има битно другачију структуру. ДНK се генерално увек састоји од четири нуклеотида, односно базе – аденина (А), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (Т) који се водониковим везама (приказ доле) међусобно повезују у базне парове А-Т и G-C према правилу Џејмса Вотсона и Франсиса Крика који су први открили да кодни молекул живота има облик двоструке завојнице.
Рат бактерија и вируса
Но постоје вируси који су се специјализовали за нападе на бактерије, тзв. бактериофаги. У том рату који траје већ еонима вируси су усавршавали своје технике напада на бактерије, а бактерије своје механизме заштите. У неком тренутку у прошлости бактериофаги су ову трку у наоружању подигли на сасвим нову степеницу променивши начин кодирања своје ДНK. „Четири нуклеобазе творе генетску абецеду, АТCG, која се чува у свим доменама живота”, пишу биолози Мајкл Гроум и Фарен Исак у недавно објављеном знанственом раду. „Међутим, 1977. године откривен је ДНK вирус цијанофаг S-2L код којег су све базе А у цијелом његовом геному замењене с 2-аминоаденином (Z) што значи да има сасвим другачију генетску абецеда ZTCG.”
Научници су претпоставили да је разлог за такву промену самозаштита вируса. Наиме, у повезујућим степеницама двоструке завојнице ДНK, која наликује на лестве, база Z има ту предност да твори троструку везу са супротном базом Т, једну више од две везе какве има уобичајени пар А – Т. Такву могућност постиже захваљујући додатном NH2 који стрши из молекула и омогућује једну додатну водоникову везу (слика доле). То геном вируса чини отпорнијим јер је бактеријама теже разорити таква хемијска једињења.
Били су фасцинирани открићем другачијег генома цијанофага, међутим, од тада није пронађен ниједан други бактериофаг са Z-геномом. Будући да се цијанофаг S-2L тешко узгаја у лабораторији, Z-геном је помало заборављен као својеврстан куриозитет.
Десеци вируса са Z-ДНК
Међутим, нова истраживања, представљена у три одвојена рада научника из Француске и Kине, показала су да оваква ДНK није уникатна, да постоји код великог броја бактериофага. „Научници су дуго сањали о повећању разноликости база ДНK. Наш рад показује да је природа већ смислила начин за то”, написао је у свом раду један од тимова, предвођен првим аутором Јеном Чоуом са Универзитета у Тиађину.
Чоуов тим, заједно с другом групом коју је водила микробиолошкиња Дона Слаиман из Института Пастер, пронашли су два главна протеина која су назвали PurZ и PurB, а они стварају базу Z.
Трећа група, коју је предводила синтетичка биолошкиња са Универзитета Париз-Сакле, Валери Пезо, потврдила је та открића и анализирала ензим – назван DpoZ – који је одговоран за састављање целог Z-генома.
Kако А постаје Z?
Једно од важних питања које је откриће наметнуло јесте како се аденин (А) у ДНK замењује са диаминопурином (Z). Показало се да један од гена присутних у геному вируса S-2L кодира протеин који је повезан с оним који ћелије користе за стварање А, базе најсличније Z. Но, када се пажљиво погледа протеин који тај ген кодира, открива се да се неколико аминокиселина које учествују у катализацији хемијских реакција ипак разликује. Те промене утичу на то који молекули могу стати на каталитичко место на протеину кодираном геном. Истраживање генома других вируса показало је да се једна од ових специфичних промена налази у десецима других вируса.
Истраживачи су направили неке од протеина вируса и инкубирали их заједно са сировинама које користи нормална верзија ензима. Открили су да протеин, уместо да ствара претходник аденина, ствара прекурсор диаминопурина. Други ензим који се налази у бактеријама, потом је тај прекурсор претворио у зрелу базу за стварање Z-ДНК. Дакле, вирус носи све што је потребно за стварање властите Z-ДНК.
У својим истраживањима научници су пронашли више од 60 вирусних генома који су садржали комбинацију гена потребну за кодирање Z-ДНK.
Чему служи таква промена?
Једно од кључних питања које је наметнуло откриће јесте, такође, зашто би вируси пролазили кроз све ове заврзламе да би створили неку посебну ДНK?
Научници сматрају да је разлог за то заштита од оружја којим се бактерије штите од вируса. Један од главних облика одбране што их бактерије користе јесу ензими који препознају специфичне вирусне секвенце у ДНK и режу их. Бактерије истовремено хемијски модификују властите ДНK тако да исти ензими у њима не могу резати властиту ДНK, што значи да ће резати само страну, попут оне вируса.
Испоставило се да ти ензими бактерија не успевају препознати секвенце Z-ДНА и стога их не могу изрезати. На тај начин вирус у потпуности избегава ову врсту бактеријске одбране. Истраживачи су тестирали разне ензиме за резање и установили да ниједан који иначе служи за резање уобичајене секвенце ДНK која би на циљаном месту резања имала А, није успео обавити посао резања. То значи да базе Z ометају способност ензима да препознају ДНK која садржи базу А. Уз то, трострука водоникова веза Z и Т отпорнија је од двоструке А и Т.
Ванземаљско порекло Z
Још једна занимљивост у открићу јеста та да је диаминопурин идентификован у метеоритима, што сугерише да се може без превише проблема спонтано формирати у свемиру. То је откриће у складу с идејом да су неке хемикалије које су покренуле живот могле стићи на Земљу из свемира. Међутим, то је такође отворило питање зашто је диаминопурин у неком каснијем тренутку замењен аденином.
Истраживање је, међу осталим, занимљиво и зато што постоји много могућих начина за коришћење алтернативних облика ДНK. Наиме, базни парови Z-Т требало би творити стабилније интеракције од А-Т парова, што би могло бити корисно у случајевима када истраживачи користе ДНK у структурне или рачунарске сврхе. Осим тога, облик ДНK који протеини у већини ћелија не препознају могао би лако пронаћи пуно потенцијалних медицинских примена.
(Извор Индекс)
