Desiatky vírusov používajú inú bázu DNA

DNA je genetický materiál, ktorý používa každý živý organizmus. V niektorých okrajových prípadoch však štyri základy DNA – adenín, tymidín, cytozín a guanín – prechádzajú chemickými úpravami. A vo vírusoch sú veci oveľa pružnejšie, mnohé z nich namiesto DNA používajú ako svoj genetický materiál RNA. Vo všetkých týchto prípadoch je párovanie báz v genetickom materiáli v súlade s pravidlami, ktoré predtým navrhli James Watson a Francis Crick.

Doteraz existovala jediná výnimka, vírus, ktorý infikuje baktérie a využíva svoje vlastné, na prvý pohľad jedinečné dôvody. Vedci sa však nakoniec pozreli podrobnejšie a zistili, že túto „Z-DNA“ používajú desiatky vírusov.

Nie ten nefrit

Mätúce je ešte niečo, čo sa nazýva Z-DNA. DNA našich buniek má pravostrannú krivku nazývanú A-DNA s dvojitou špirálou. Ale je tiež možné mať dvojitú špirálu s ľavostrannou krivkou nazývanou Z-DNA.

ale To Žiadna DNA toto Dna Táto DNA sa vyznačuje bázou, ktorá sa nenachádza nikde inde, a ktorá prechádza iným typom väzby báz. Diaminopurín, nepríjemne skrátený ako Z, je štrukturálne podobný adenínu (A), ktorý sa nachádza v normálnej DNA. Ale diminopurín má na jednej strane zavesený ďalší dusík, čo z neho robí extra vodíkovú väzbu s tymidínom (T), spoločným partnerom A. ZT pár báz by teda bol o niečo vyšší ako štandardné párovanie AT kombináciou duálnych skrutkovíc DNA dohromady.

DNA obsahujúca diaminopurín sa nazýva Z-DNA. Od roku 1979 vieme, že v prírode existuje ako jediný vírus nazývaný S-2L, ktorý infikuje sinice. Doteraz sme však netušili, či je tento vírus jednorazovou zvláštnosťou, alebo predstavuje vrchol biologického ľadovca s množstvom vírusov, ktoré ešte musíme použiť. Ako recenzenti sme si neboli istí ani tým, ako sa do vírusu dostal prvýkrát.

Veľký tím vedcov z Číny sa rozhodol zistiť, čo sa tu deje. Začal prehľadaním genómu vírusu S-2L, aby zistil, či kóduje niečo neobvyklé.

Tvorba z

Jeden z génov prítomných v genóme vírusu S-2L spája proteíny s proteínmi, ktoré bunky používajú na výrobu adenínu, ktorý je podobný Z / dynamopurínu. Pozorný pohľad na proteín, ktorý kóduje, však naznačuje, že veľa aminokyselín, ktoré katalyzujú chemické reakcie, sa líši. Tieto zmeny ovplyvňujú to, aké molekuly sa môžu zmestiť do katalytického miesta na proteínoch kódovaných génmi. Hľadanie ďalších vírusových genómov odhalilo, že jedna z týchto odlišných mutácií sa našla v desiatkach ďalších vírusov.

Vedci vytvorili časť vírusového proteínu a inkubovali ho so surovinou použitou v normálnej verzii enzýmu. Zistili, že namiesto toho, aby vytvoril prekurzor adenínu, vytvoril proteín prekurzor Z / diaminopurínu. Ďalší enzým nájdený v baktériách ho potom premenil na zrelú bázu Z-DNA. Preto vírus potrebuje všetko na to, aby vytvoril svoju Z-DNA.

Pri pohľade na desiatky vírusov, ktoré majú podobnú verziu tohto génu, vedci zistili, že je prítomný v genóme, ktorý obsahuje niektoré ďalšie gény. Zdá sa, že jeden z týchto génov je zapojený do zaistenia dostatočného množstva chemických prekurzorov, ktoré je možné previesť na Z / diaminopurín. Druhý jednoducho odstráni všetky fosfáty, ktoré sa naklonia na adenínový základ. Tieto fosfatázy sú nevyhnutné na použitie adenínových báz pri výrobe DNA, takže gén v podstate redukuje množstvo užitočného adenínu, a tým aj schopnosť bunky tvoriť akúkoľvek DNA okrem Z-DNA.

Okrem toho sa všetky tieto gény typicky nachádzali s konkrétnou DNA polymerázou, ktorá vytvára nové kópie enzýmovej DNA. Aj keď stále nie je jasné, je pravdepodobné, že tento enzým je prispôsobený na použitie Z / diaminopurínu pri napodobňovaní DNA. To môže jednoducho znamenať jeho tolerovanie, pretože enzým opísaný v poslednom odseku vyčerpáva zásoby užitočných adenínových báz. Alebo môže skutočne uprednostňovať zahrnutie Z / diaminopurínu.

Vedci každopádne našli viac ako 60 vírusových genómov, ktoré obsahujú určitú kombináciu týchto štyroch génov. Z-DNA je jednoznačne pravidelnou črtou vírusového života.

ale prečo?

Je zrejmé, že príčinou všetkých týchto problémov pre život bude vlastná samostatná forma DNA. Odpoveďou je, ako sa baktérie chránia pred vírusmi. Jednou z hlavných foriem ich obrany sú enzýmy, ktoré rozpoznávajú a štiepia špecifické sekvencie v DNA. Tieto baktérie chemicky modifikujú svoju DNA, ktorá ju chráni pred rozrezaním, čo znamená, že enzýmy rozrežú iba cudziu DNA, napríklad vírusy.

Ukázalo sa, že Z-DNA nie je možné identifikovať pomocou týchto rezných enzýmov. Vírus sa teda tomuto druhu obrany úplne vyhýba. Vedci testovali rôzne uhryzovacie enzýmy a zistili, že každý, kto by za normálnych okolností bol A v cieľovom mieste, nehryzol. To naznačuje, že bázy Z / diaminopurínu interferujú so schopnosťou enzýmu rozpoznávať akúkoľvek DNA. Vedci tu testovali vírus, neboli tam žiadne známky akejkoľvek adenozínovej bázy – všetko bola Z-DNA.

Okrem toho, že sa ukazuje, že Z-DNA je oveľa rozšírenejšia ako jeden vírus, má veľa dôsledkov. Asi najdôležitejšie je, že dynamopurín bol identifikovaný v meteorite, čo naznačuje, že sa môže spontánne vytvárať bez nadmerného rušenia. Tento objav je v súlade s myšlienkou, že niektoré chemikálie, ktoré vibrujú životom, museli pochádzať z vesmíru na Zem. Vyvstane však otázka, prečo bol dynamopurín v neskoršom období nahradený adenínom.

Existuje tiež veľa možných použití pre alternatívne formy DNA. Ako sme už uviedli vyššie, páry báz ZT by mali vytvárať stabilnejšie interakcie ako páry AT; To môže byť užitočné v prípadoch, keď vedci používajú DNA na štrukturálne alebo výpočtové účely. A forma DNA, ktorú proteíny vo väčšine buniek nerozoznávajú ľahko, má mnoho potenciálnych využití.

Nakoniec je to len ošemetné znamenie, že napriek toľkým rokom štúdia je pre nás život stále niečím prekvapujúcim.

Veda, 2021. DOI: 10.1126 / Veda ()O DOI) Patrí do.

Zoznam obrázkov podľa knižnice Getty / Tech Image / Science Photo Library