دانشمندان در یک سیستم دفاعی باکتریایی، سازوکاری متفاوت برای ساخت DNA کشف کردهاند که برخلاف روشهای شناختهشده، برای تولید یکی از رشتههای DNA به خودِ DNA یا حتی RNA بهعنوان الگو نیاز ندارد. در این فرایند، یک پروتئین با استفاده از اسیدآمینههای موجود در ساختار خود، ترتیب مشخصی از اجزای DNA را تعیین میکند.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران در بررسی باکتری اشریشیا کلی (E. coli) به این سازوکار دست یافتند؛ سیستمی که بخشی از دفاع باکتری در برابر حمله ویروسهاست.
DNA معمولاً چگونه ساخته میشود؟
DNA را میتوان مانند یک دفترچه ذخیره اطلاعات ژنتیکی در نظر گرفت. این مولکول از دو رشته تشکیل شده است که اجزای آن بر اساس یک الگوی مشخص با یکدیگر جفت میشوند.هنگام تکثیر DNA، سلول دو رشته موجود را از هم جدا میکند و هر رشته را بهعنوان الگو برای ساخت رشته مکمل خود به کار میگیرد. در برخی فرایندها نیز RNA میتواند الگوی ساخت DNA باشد.اما یافته جدید نشان میدهد طبیعت راه دیگری هم برای ساخت DNA پیدا کرده است.
پروتئین، الگوی ساخت DNA شد
پژوهشگران روی سامانهای به نام DRT3 تمرکز کردند که در دفاع باکتری در برابر ویروسها نقش دارد. این سامانه از دو آنزیم به نامهای DRT3a و DRT3b تشکیل شده است.بررسیها نشان داد آنزیم DRT3b میتواند بدون استفاده از یک رشته DNA یا RNA بهعنوان الگو، یک رشته DNA مشخص بسازد.
دانشمندان با بررسی ساختار این آنزیم دریافتند دو اسیدآمینه در نزدیکی محل فعال آن قرار دارند و تعیین میکنند چه اجزایی از DNA به رشته در حال ساخت اضافه شوند. نتیجه، ایجاد یک توالی ساده و تکراری از DNA به شکل C-A-C-A-C-A است.
در واقع اطلاعات موجود در ساختار یک پروتئین مستقیماً برای تعیین ترتیب DNA به کار میرود؛ اتفاقی که با مسیر معمول انتقال اطلاعات ژنتیکی تفاوت دارد.
دو رشته DNA از دو مسیر متفاوت ساخته میشوند
ماجرا زمانی عجیبتر میشود که بدانیم رشته دوم DNA نیز بهطور مستقل ساخته میشود.آنزیم DRT3a برای ساخت رشته دوم از RNA بهعنوان الگو استفاده میکند. در ادامه، دو رشتهای که بهصورت جداگانه ساخته شدهاند، یکدیگر را پیدا میکنند و با اتصال به هم، DNA دو رشتهای را تشکیل میدهند.
بنابراین در این سیستم، برخلاف روش معمول، یک رشته DNA از RNA و رشته دیگر از اطلاعات موجود در پروتئین ساخته میشود و این دو رشته تنها پس از ساختهشدن به یکدیگر متصل میشوند.
چرا باکتری چنین DNA عجیبی میسازد؟
این فرایند ظاهراً بخشی از یک ترفند دفاعی باکتری برای مقابله با ویروسهاست.در شرایط عادی، آنزیمی دیگر به نام RecBCD DNA تولیدشده توسط DRT3 را از بین میبرد. اما برخی ویروسها برای تکثیر خود، RecBCD را غیرفعال میکنند.این اتفاق بهطور غیرمنتظرهای باعث فعالشدن بیشتر سیستم DRT3 میشود. DNA تولیدشده در سلول تجمع پیدا میکند و رشد باکتری را متوقف میکند. در نتیجه، باکتری آلوده عملاً خودش را قربانی میکند تا ویروس نتواند بهراحتی تکثیر شود و به سایر باکتریها گسترش پیدا کند.
کشفی که نگاه دانشمندان به DNA را تغییر میدهد
اهمیت این یافته فقط به دفاع باکتریها محدود نمیشود. پژوهشگران میگویند ،این سازوکار نشان میدهد موجودات زنده میتوانند برای ساخت DNA از مسیرهایی بسیار متفاوتتر از آنچه تاکنون تصور میشد استفاده کنند.
دانشمندان اکنون میخواهند بررسی کنند آیا پروتئینهای دیگری نیز قادر به ساخت توالیهای متفاوت DNA هستند یا خیر. اگر نمونههای مشابه پیدا شوند، ممکن است دانشمندان با خانوادهای بزرگتر از سازوکارهای ناشناخته در سیستمهای دفاعی باکتریها روبهرو باشند.این پژوهش در نشریه Cell منتشر شده است.
مترجم:مریم عالمی