Постојат цела низа вируси кои имаат ДНК структура значително различна од сите други организми на Земјата, покажаа три нови студии објавени во престижното списание Science.

Фасцинантна флексибилност на вирусот

За време на пандемијата, многу се пишуваше и се зборуваше за тоа како SARS-CoV-2 е еден од вирусите кои имаат РНК како генетски код наместо ДНК што го користат аденовирусите, но исто така и вирусите на херпес и папиломавирусите и повеќето живи суштества.

Но, истражувањата покажаа дека вирусите се уште пофлексибилни во нивната еволуција, дека можат да имаат ДНК што има значително поинаква структура.

Општо, ДНК секогаш се состои од четири нуклеотиди, т.е. бази – аденин (А), цитозин (C), гванин (G) и тимин (Т), кои со водородни врски (прикажани подолу) се поврзани во базни парови А-Т и G-C според правилото на Џејмс Вотсон и Френсис Крик кои први откриле дека кодната молекула на животот има форма на двојна спирала.

Војна помеѓу бактериите и вирусите

Но, постојат вируси специјализирани за напади врз бактерии, т.н. бактериофаги. Во оваа војна што се води со еони, вирусите ги усовршија своите техники на напад врз бактериите, а бактериите нивните механизми за заштита од нив. Во одреден момент во историјата, бактериофагите ја однесоа оваа трка во вооружување на сосема ново ниво со промена на начинот на кодирање на нивната ДНК.

„Четирите нуклеобази ја формираат генетската азбука, ATCG, која е зачувана во сите домени на животот“, пишуваат биолозите Мајкл Гром и Фарен Ајзак во неодамна објавениот научен труд.

„Меѓутоа, во 1977 година беше откриен ДНК вирусот цијанофаг S-2L во кој сите бази „А“ во целиот свој геном беа заменети со 2-аминоаденин (Z), што значи дека тој има сосема поинаква генетска азбука ZTCG“, додаваат авторите.

Научниците претпоставуваат дека причината за таквата промена е самоодбрана на вирусот. Имено, во поврзувачките чекори на двојната спирала на ДНК, која наликува на скала, основата „Z“ има предност да формира тројна врска со спротивната основа „Т“, една повеќе од двете врски какви што има вообичаениот пар А – Т. Таквата врска се постигнува благодарение на дополнителната NH2 кој излегува од молекулата и дозволува дополнителна водородна врска (слика подолу). Ова го прави геномот на вирусот поотпорен бидејќи на бактериите им е потешко да ги уништат ваквите хемиски соединенија.

Научниците биле фасцинирани од откривањето на различен геном на цијанофаг, меѓутоа, оттогаш не е пронајден друг бактериофаг со Z-геном. Бидејќи цијанофагот S-2L е тешко да се одгледува во лабораторија, Z-геномот е по малку заборавен, како еден вид куриозитет.

Откриени десетици вируси со Z-ДНК

Сепак, новото истражување, презентирано во три одделни труда на научници од Франција и Кина, покажа дека овој вид ДНК не е единствен, дека постои во голем број бактериофаги.

„Научниците долго време сонуваа да ја зголемат разновидноста на ДНК базите. Нашата работа покажува дека природата веќе смислила начин како да го сториме тоа”, напиша еден од тимовите, предводен од првиот автор Јан Џоу од Универзитетот во Тијанѓин.

Тимот на Џоу, заедно со друга група предводена од микробиологот Дона Слејман од Институтот Пастер, пронајдоа два главни протеини наречени PurZ и PurB кои ја формираат базата „Z“.

Трета група, предводена од биологот од Универзитетот Париз-Секли Валери Пезо, ги потврди овие наоди и анализираше ензим – наречен DpoZ – кој е одговорен за составување на целиот Z-геном.

Како А станува Z?

Едно од важните прашања покренато од откритието е како аденинот (А) во ДНК се заменува со диаминопурин (Z).

Докажано е дека еден од гените присутни во геномот на вирусот S-2L кодира протеин кој е поврзан со оној што го користат клетките за да создадат А, база која е најслична на Z, откриено е дека неколку аминокиселини вклучени во катализацијата на хемиските реакции сепак се разликуваат. Овие промени влијаат врз тоа кои молекули можат да стојат на каталитичкото место на протеинот кодиран од генот. Истражувањето на геномот на други вируси покажа дека една од овие специфични промени се наоѓа кај десетици други вируси.

Истражувачите направија некои од протеините вирусни и ги инкубираа заедно со суровините што ги користеше нормалната верзија на ензимот. Откриле дека протеинот, наместо да произведува претходник на аденин, создава претходник на диаминопурин. Друг ензим кој се наоѓа во бактериите, тогаш го претвори тој претходник во зрела основа за формирање на Z-ДНК. Значи, вирусот носи сè што е потребно за да создаде своја сопствена Z-ДНК.

Во своето истражување, научниците откриле повеќе од 60 вирусни геноми кои содржеле комбинација на гени потребни за кодирање на Z-ДНК.

Која е целта на таквата промена?

Едно од клучните прашања поставени од откритието е исто така зошто вирусите ќе поминат низ сите овие компликации за да создадат одредена ДНК?

Научниците веруваат дека причината за ова е заштита од оружјата со кои бактериите се штитат од вируси. Една од главните форми на одбрана што ги користат бактериите се ензимите кои препознаваат специфични вирусни низи во ДНК и ги сечат. Бактериите истовремено хемиски ја модифицираат сопствената ДНК, така што истите ензими во нив не можат да ја пресечат сопствената ДНК, што значи дека ќе пресечат само туѓата, како на пример онаа на вирусот.

Се покажа дека овие бактериски ензими не успеваат да ги препознаат низите на Z-DNA и затоа не можат да ги отсечат. На овој начин, вирусот целосно го избегнува овој вид на бактериска одбрана. Истражувачите тестирале разни ензими за сечење и откриле дека ниту еден што нормално би служел за намалување на нормална ДНК секвенца што би имала А на целното место за сечење, не успеал да ја заврши работата за сечење.

Ова значи дека базите Z се мешаат во способноста на ензимот да препознае ДНК што содржи база А. Покрај тоа, тројната водородна врска Z и T е поотпорна од двојните А и Т.

Вонземското потекло на Z

Друг куриозитет во откритието е дека дијаминопурин е идентификуван во метеоритите, што укажува на тоа дека може да се формира спонтано во вселената без премногу проблеми. Ова откритие е во согласност со идејата дека некои хемикалии што го започнале животот воопшто, можно е да стигнале на Земјата од вселената. Сепак, ова исто така го покрена прашањето зошто диаминопурин подоцна беше заменет со аденин.

Истражувањето е интересно, меѓу другото, бидејќи постојат многу можни начини да се користат алтернативни форми на ДНК. Имено, паровите на базата Z-T треба да формираат постабилни интеракции отколку A-T паровите, што може да биде корисно во случаи кога истражувачите користат ДНК за структурни или пресметковни цели.

Покрај тоа, форма на ДНК што протеините во повеќето клетки не ја препознаваат лесно може да најде многу потенцијални медицински апликации.

Извор: Index.hr