sunnuntai 1. syyskuuta 2013

Tutkijat selvittivät bakteerien taistelukärjen mekanismin


EPFL:n (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) tutkijat ovat selvittäneet eräiden bakteerien (ml. kuuluisa Staphylococcus aureus) hyökkäysmekanismin rakenteen ja toiminnan. Bakteereilla on käytössään biologinen nanomittakaavan ase isäntäsolujen tuhoamiseksi. Tutkimus on julkaistu Nature Chemical Biology-tiedelehdessä.

Bakteerin hyökkäysmekanismi (oikealla) sisältää solukalvon läpäisevän kärjen.

Joillakin bakteereilla on kyky ampua pieniä tikkoja. Tämä biologinen ase tuhoaa isäntäsolun läpäisemällä sen solukalvon. EPFL:n tutkijat ovat selvittäneet tämän hämmästyttävän proteiinikoneen rakenteen.

Isäntäsolua vastaan käytävää hyökkäystä varten ase täytyy ensin kiinnittää. Hyökkääjän pinnalla on seitsemästä proteiinista koostuva renkaanmuotoinen kiinnitysmekanismi. Tutkijat osoittivat, että nämä proteiinit kykenevät laskostumaan kärjen muotoon.

Aseen laukaisijana toimii pieni orgaaninen molekyyli, jonka isäntäeliön entsyymit irrottavat. Tämä vaikuttaa proteiinikokoonpanon tasapainoon ja sen muoto muuttuu solukalvon läpäiseväksi kärjeksi.

Tutkija Matteo Dal Peraro kutsuu tätä biologista asetta "nanokoneeksi." Sen toiminta on täysin mekaaninen eli siihen ei liity mitään kemiallista reaktiota.

Tutkijat näkevät tässä mahdollisuuden taistella taudinaiheuttajia vastaan estämällä niiden hyökkäysaseiden toiminta. Tutkijoiden mukaan tämä strategia ei aiheuttaisi mutaatioita eikä resistenssiä bakteereissa.

[Karvakuonon huomautus: Bakteerien resistenssi on useimmiten plasmidien välityksellä hankittu ominaisuus eikä mutaatioista johtuva. Bakteerilääkkeet eivät aiheuta mutaatioita, mutta niiden käyttö valikoi resistenttejä kantoja.]

Bakteerilla on useasta täsmäproteiinista koostuva biologinen (mutta mekaanisesti toimiva) ase isäntäsolun tuhoamiseksi. Mikäli ase ei ole ollut toimintakuntoinen heti kättelyssä, niin bakteeri on ollut kovin "ympäristöystävällinen". Bakteerin onneksi sattuman satona kaikki proteiinit ovat kehittyneet sille suotuisaan suuntaan.


Lähde:

http://actu.epfl.ch/news/researchers-dismantle-bacteria-s-war-machinery/

Uusi tutkimus paljastaa syyn geneettisen koodin olemassaololle


Illinoisin yliopistossa tehdyn tutkimuksen mukaan aminohappoja siirtäjä-RNA:han (tRNA) lataavan entsyymin analyysi tarjoaa uusia näkemyksiä geneettisen koodin evolutiiviseen alkuperään ja syyn sen olemassaololle. Tutkimus on julkaistu PLOS ONE-tiedelehdessä.

http://www.123rf.com/photo_7406719_genetic-code.html

Tutkijat keskittyivät aminoasyyli-tRNA-syntetaasi-entsyymiin, joka lukee siirtäjä-RNA:ssa olevaa geneettistä informaatiota ja kiinnittää tämän perusteella niihin oikean aminohapon. Kun siirtäjä-RNA on saanut aminohapponsa, se kuljettaa sen ribosomille, jossa proteiinisynteesi tapahtuu.

Syntetaasi lataa aminohapon korkeaenergisellä kemiallisella sidoksella, mikä nopeuttaa aminohappoketjun rakentamista. Syntetaasi on myös tehokas laadunvalvoja. Mikäli  tRNA:han kiinnittyy väärä aminohappo, niin syntetaasi irrottaa sen nopeasti.

"Syntetaasit ovat avaintoimijoita tapahtumassa, jossa nukleiinihappoihin koodattu informaatio käännetään aminohappoinformaatioksi," sanoo tutkimuksen johtaja professori Gustavo Caetano-Anollés. "Niiden oikolukutarkkuus on satakertainen ribosomin oikolukuun verrattuna. Sen vuoksi syntetaasit vastaavat geneettisen koodin sääntöjen noudattamisesta."

Caetano-Anollés kollegoineen on vuosien ajan yrittänyt selvittää proteiini-ja RNA-domeenien evoluutiota. Tutkijat ovat määrittäneet proteiinidomeenien suhteelliset iät vertaamalla niiden käyttöä eri organismeissa. Proteiinidomeenit ovat rattaita, jousia ja moottoreita, joista toimiva proteiinikone rakentuu.

Tutkijat tekivät yksinkertaisen oletuksen: domeenit, joita tavataan vain muutamissa eliöissä tai eliöryhmissä ovat nuorempia kuin yleisemmin käytössä olevat domeenit. Ja kaikkein yleisimmät domeenit ovat vanhimpia.

Havaintojen perusteella tutkijat päättelivät, että aminohappoja tRNA:han lataavat (ja laadunvarmistusta hoitavat) domeenit ovat vanhempia kuin tRNA:n antikodonin tunnistavat domeenit, jotka kertovat syntetaasille mitä aminohappoa tRNA:n pitäisi kuljettaa.

"Huomionarvoista on se, että me havaitsimme syntetaasin vanhimpien domeenien rakenteen vastaavan moderneja entsyymejä, jotka osallistuvat ei-ribosomaaliseen proteiinisynteesiin tai dipeptidien valmistukseen," Caetano-Anollés kertoo.

Tutkijat otaksuvat, että muinaiseen proteiinisynteesiin liittyvät entsyymit muistuttivat paljon nykyajan syntetaaseja ja ne mahdollisesti toimivat yhdessä muinaisen tRNA:n kanssa.

Tutkijat ovat jo vuosia tienneet, että ilman ribosomia voi tapahtua alkeellista proteiinisynteesiä, mutta tuskin kukaan on tutkinut näitä reaktioita katalysoivia entsyymejä proteiinisynteesin evolutiivisen alkuperän todisteena, Caetano-Anollés toteaa.

Tutkijat vertailivat dipeptidimuotoja (domeeneja) moderneissa proteiineissa ja päättelivät, että vanhimmat domeenit olivat vanhimpien syntetaasien koodaamia ja ne sijaitsivat proteiinien pysyvimmissä jaksoissa.

Domeenit, joiden oletetaan syntyneen vasta geneettisen koodin ilmantumisen jälkeen, (jonka Caetano-Anollés liittää tRNA antikodonin ilmaantumiseen) "olivat yleisiä dipeptideissä, jotka sijaitsivat proteiinien joustavissa osissa."

Caetano-Anollésin johtama tutkimus tarjoaa selityksen geneettisen koodin olemassaololle. Sen mukaan "genetiikka salli proteiinien tulla joustaviksi ja siten tuottaa valtavasti uusia molekyylitoimintoja."

Caetano-Anollésin tutkimusryhmän selitys geneettisen koodin olemassaololle on hämmästyttävän yksinkertainen. Koska ilman geneettistä koodia voi syntyä vain hyvin yksinkertaisia (ja jäykkiä) rakenteita, niin joustavien (ja monipuolisten) rakenteiden syntyminen vaati geneettisen koodin olemassaolon.

Eli hieman tarkentaen, ilman informaatiota ja kunnollista suunnitelmaa ei synny monimutkaisia rakenteita. Tämä on ilmeisen selvää suunnittelijoille ja insinööreille. Mutta nyt biologitkin ovat oivaltaneet saman asian.

Caetano-Anollés kollegoineen ei erittele informaatiota (geneettinen informaatio) ja koodausjärjestelmää (geneettistä koodia) toisistaan eikä siis käsittele informaation alkuperää.

Tutkimusryhmän selityksiä mukaillen voisimme päätellä, että geneettinen informaatio on olemassa, koska

1) geneettinen koodi on olemassa ja informaatio ilmaistaan kätevimmin jollain sovitulla koodausmenetelmällä,

2) monipuolisten molekyylitoimintojen (solun molekyylikoneistot) olemassaolo vaatii rakennusohjeet eli informaatiota.




Lähde.

http://news.illinois.edu/news/13/0826genetic_code_origins_GustavoCaetano-Anolles.html