„Atveria naujas galimybes.“ Chemikai pirmą kartą gyvoje ląstelėje sukūrė DNR ir baltymo hibridą

Paprastai „DNR ir baltymų hibridai“ gaunami sudėtingo organinio sintezės proceso metu, tačiau naujo mokslinio straipsnio autoriai rado daug paprastesnį būdą, pasitelkdami bakterijas.

Visa molekulinė biologija remiasi trimis „banginiais“ – trimis biomolekulių tipais: DNR, RNR ir baltymais. Kiekvienas iš jų turi svarbias savybes, kurias kartais norėtųsi sujungti.

Tačiau tokie hibridai, sudaryti iš struktūriškai labai skirtingų molekulių, gamtoje yra reti.

Kai kurie mokslininkai mano, kad pusiau baltymai-pusiau nukleotidai galėjo būti svarbūs ankstyvuosiuose evoliucijos etapuose ir gyvybės atsiradimo metu, tačiau šiuolaikinėse ląstelėse tam nėra įrodymų.

Vis dėlto, tokius hibridus, pavyzdžiui, peptidų-nukleino rūgščių hibridus (PNR), galima gauti cheminės sintezės būdu.

Reikšmingu žingsniu į priekį tapo rezultatas, paskelbtas žurnale „Nature Chemical Biology“.

Inovatyvus peptido-nukleobazinių hibridų sintezės metodas pasitelkiant bakterijas

Straipsnyje aprašytas naujas molekulių klasės atradimas, kuris sujungia nukleorūgščių ir baltymų komponentus – peptido-nukleobazinius hibridus (angl. peptide-nucleobase hybrid).

Jų sudėtyje yra pirimidono struktūra, panaši į molekulę, iš kurios ląstelėje sintetinamos DNR ir RNR bazės.

Hibridų sintezė vyksta dviem etapais: pirmiausia fermentų kompleksas, susidedantis iš dehidrogenazės su baltymais RRE ir YcaO, katalizuoja asparagino aminorūgšties likučių peptido sudėtyje pavertimą pirimidono šešiakampiais žiedais (heterocikliniu junginiu, kurio karkasą sudaro anglies ir azoto atomai).

Tuomet fermentas acilesterazė atpažįsta specifinę peptido sritį ir ją suskaido.

Šios reakcijos metu susidariusi molekulė spartina procesą: histidino aminorūgščių likučiai padeda asparaginams tame pačiame peptide tapti heterociklais.

Visas reakcijas atliko mėgintuvėlyje, naudodami vos tris ingredientus: pradinį polipeptidą ir du fermentus.

Vėliau mokslininkai atliko tuos pačius pokyčius geriausiai ištirtoje ir lengvai auginamoje bakterijoje – E. coli (žarnyno lazdelėje).

Tokio sudėtingo ir neįprasto junginio gavimas bakterijų metabolizmo pagalba yra daug paprastesnis ir pigesnis nei organinės sintezės būdu.

Naujos molekulės pritaikymo galimybės genetikoje ir medicinoje

Naujas metodas atveria galimybes masinei hibridinių molekulių gamybai ir plačiam jų pritaikymui praktikoje, įskaitant mediciną.

Tai įmanoma dėl to, kad šios molekulės sujungia DNR ar RNR savybes (gali selektyviai prisijungti prie specifinių nukleorūgščių vietų) su specifiniu baltymų aktyvumu.

Naudodami hibridines molekules, galima tikslingai paveikti molekulinius mechanizmus, susijusius su daugelio ligų vystymusi.

Iš pradžių mokslininkai bandė tiesiog rasti naujas baltymų molekules, kurios galėtų jungtis su metalų jonais, naudodami tam bakterijas. Viena iš gautų molekulių turėjo tikslines savybes, tačiau pasirodė esanti ne baltymas, o dviejų biomolekulių tipų hibridas.

Toliau mokslininkai išsiaiškino molekulinius mechanizmus, kurie lėmė šią sėkmingą atsitiktinumą.

Paaiškėjo, kad hibrido sintezėje dalyvauja ribosomos – „baltymų gamyklos“, esančios kiekvienoje ląstelėje, taip pat RiPP baltymų potransliacinės modifikacijos kelias, kuris modifikuoja molekulę po jos susidarymo ribosomoje, naudojant specifinius fermentus.