Доказателствата за генетично поведение при бактерии, което изследователите оприличават на "извънземна биология", ги карат да предполагат, че подобни странни гени могат да съществуват дори при хората.
Новото откритие разкрива, че бактериите могат да създават "временни" свободно плаващи гени извън хромозомите си. Тези открития поставят под въпрос досегашните ни представи за геномите, за които понастоящем се смята, че съдържат всички генетични инструкции.
Откритието, направено от изследователи от Колумбийския университет, също така предполага, че подобно необичайно поведение може да не е характерно само за бактериите и че подобни екстрахромозомни гени (т.е. гени извън хромозомите) могат да съществуват и при по-висши организми. Откритието има потенциално революционни последици за областите на генетиката и клетъчната биология.
Бактериите преобръщат досегашните представи за нашия генетичен код
За първи път учените разшифроват генетичния код преди десетилетия и оттогава традиционните възгледи за нашите гени се разглеждат като линейна последователност от букви в нашите хромозоми. Гените ръководят основно производството на протеини в организма ни и играят важна роля в контрола на здравето ни.
Сега ново изследване, ръководено от доцент Самуел Стърнбърг (Samuel Sternberg), доцент по биохимия и молекулярна биология във Факултета за лекари и хирурзи към Колумбийския университет, заедно със Стивън Тан (Stephen Tang), докторант в медицинския факултет на университета, излагат радикално нов поглед върху динамиката на нашите гени. Според техните изследвания при бактериите е наблюдавана значителна генетична информация, съществуваща извън генома - откритие, което може да ни накара да преосмислим разбирането си за генетиката, както и начина, по който могат да работят новите технологии за редактиране на гени.
Бактерии със свободно плаващи гени
В своето изследване екипът разглежда бактериална защитна система, която притежава молекула РНК и ензим обратна транскриптаза, който синтезира ДНК от шаблон на РНК.
По време на изследванията си Стърнбърг и Тан правят забележително откритие: обратната транскриптаза изглежда генерира повтаряща се ДНК молекула от затворена част на РНК. Първоначално Стърнбърг и Танг смятат, че това може да е грешка, която по същество произвежда безполезен "боклук", страничен продукт на ензима.
При по-внимателно изследване на привидно безсмислената ДНК молекула обаче изследователите откриват, че това е напълно функциониращ ген, макар и свободно плаващ, който играе критична роля в антивирусната защита на бактериите.
Идентифициране на гена "Нео"
Изследователите наричат този странен свободно плаващ ген "Нео" и по-нататъшните изследвания разкриват, че той изглежда кодира протеин, който предотвратява вирусната репликация, като по този начин спира заразяването на съседните клетки.
Откритието, че важна генетична информация е способна да съществува извън генома в свободно плаваща форма, е от ключово значение, тъй като оспорва съществуващите възгледи за хромозомите, за които дълго време се смяташе, че са единствените хранилища на генетични инструкции. Това има забележителни последици и потенциално се разпростира далеч отвъд обикновените бактерии. Ако по-висши организми като хората също са способни да произвеждат екстрахромозомни гени, изследователският потенциал би бил огромен и потенциално би могъл да наложи да преразгледаме разбирането си за генетичната наука.
"Това откритие преобръща представата, че хромозомата съдържа пълния набор от инструкции, които клетките използват за производството на протеини", заявява Стърнбърг.
"Сега знаем, че поне при бактериите може да има други инструкции, които не са запазени в генома, но въпреки това са от съществено значение за оцеляването на клетките."
Фаговата инфекция задейства синтеза на втора верига, давайки dsDNA молекула, която се транскрибира в безкрайни ORF (Нео) mRNA. Нео транслацията използва рибозомен спасителен път, за да произведе Нео протеини, които мощно спират клетъчния растеж, защитавайки по-голямата бактериална популация от разпространението на фаги. Кредит: Samuel H. Sternberg et al
Търсене на екстрахромозомни гени
След откритието си Стърнбърг и екипът му започнаха да използват техниките, разработени в последното им изследване, за да разширят търсенето на екстрахромозомни гени до висши организми.
Ако подобни открития бъдат направени и при човешките гени, това може да има дълбоки последици за генетичната наука, особено що се отнася до новите постижения в технологиите за редактиране на гени. През последните години CRISPR вече донесе нови революционни прозрения за редактирането на гени, въпреки че все още има някои ограничения. Все пак Стърнбърг и екипът му посочват, че ензимът обратна транскриптаза, отговорен за гена "Нео", притежава уникални свойства, които потенциално биха могли да спомогнат за създаването на нови възможности за редактиране на генома, водещи до нови разновидности на генната терапия.
По-нататъшни изследвания с участието на бактерии могат да разкрият и неизвестни досега обратни транскриптази, което може да помогне на изследователите да разработят редица нови иновативни биотехнологични приложения.
За Тан откритието на тази т. нар. "извънземна биология", е забележително и надминава всичките му очаквания.
"Това многократно ни караше да не повярваме на очите си", коментира Тан.
"Нашата работа подчертава елегантно разширяване на потенциала за кодиране на генома чрез създаване на гени с РНК-шаблон", пише изследователският екип в наскоро публикуваното проучване, очертаващо техните невероятни открития, "и предизвиква конвенционалните парадигми на генетична информация, кодирана по протежение на едноизмерната ос на геномната ДНК.”
По-нататъшните проучвания вероятно ще разкрият множество нови възможности за генетичната наука през следващите години, отбелязва Стърнберг.
"Смятаме, че в бактериите има съкровищница от обратни транскриптази", посочва Стърнберг, "които биха могли да бъдат подходящи отправни точки за нови технологии, след като разберем как работят."
Справка: Stephen Tang, Valentin Conte, Dennis J. Zhang, Rimantė Žedaveinytė, George D. Lampe, Tanner Wiegand, Lauren C. Tang, Megan Wang, Matt W. G. Walker, Jerrin Thomas George, Luke E. Berchowitz, Marko Jovanovic, Samuel H. Sternberg. De novo gene synthesis by an antiviral reverse transcriptase. Science, 2024; DOI: 10.1126/science.adq0876
Източник: Bacteria encode hidden genes outside their genome--do we?, Columbia University Irving Medical Center
Още по темата
Животът
Учени борят инфекция по насажденията с... инфекция. Един български проект
Медицина
Създадени са ГМО кожни бактерии, които могат да лекуват акне
Животът
Генният редактор CRISPR на основа РНК като оръжие за потискане на коронавирусите и грипните вируси
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари