Bakterie umí vytvářet DNA nejen tím, že kopírují starší vzory, ale vyvinuly si i další způsob, jak tuto deoxyribonukleovou kyselinu tvořit. Nový objev, který překvapil celou řadu biologů, by mohl podle autorů pomoci i při vytváření nových genetických nástrojů v medicíně.
Tohle jednoduché pravidlo zná asi každý, kdo jen zavadil o téma DNA, učí se to už na středních školách: DNA vzniká kopírováním vzoru. Jeden enzym funguje jako jezdec na zipu – rozepne dvojitou šroubovici na dva samostatné řetězce. Další enzym pak vytvoří pro každý z nich kopii, pěkně jednu část po druhé. Výsledkem jdou dvě kopie původní DNA.
To je základ veškerého života na Zemi, který je založený na deoxyribonukleové kyselině. Jenže nový výzkum vědců ze Stanfordovy univerzity prokázal, že to je složitější a že toto pravidlo není univerzální.
Překvapení
V odborném časopise Science experti popsali, jak narazili na úplně nový mechanismus. Objevili ho, když zkoumali, jak se bakterie brání proti virům. Popsali enzym, který u bakterií dokáže vytvářet opakovanou sekvenci DNA, aniž by kopíroval deoxyribonukleovou kyselinu jako šablonu. Místo toho používá jako mustr svou vlastní strukturu, tedy bílkovinu.
„Samotný protein slouží jako návod pro sekvenci DNA,“ říká stanfordský biochemik Alex Gao, hlavní autor studie. „To bylo docela překvapení. Jedná se o zásadně nový způsob, jakým život produkuje DNA,“ dodal.
Gao nicméně uznává, že systém DRT3, jak mechanismus autoři nazvali, vytváří pouze jednu konkrétní opakující se sekvenci. „Nepředstavuje to obecný mechanismus, jakým proteiny zapisují genetický kód,“ říká vědec. Systém DRT3 je ale rozšířený napříč bakteriemi, což naznačuje, že nejde o biochemickou kuriozitu. Jak konkrétně by měl bránit bakterie proti virům, ale doposud vědci také netuší.
Nadšení z průlomu i skepse
„Tento výzkum je průlomový,“ uvedl pro odborný časopis Science biochemik Philip Kranzusch z Harvard Medical School, který se zabývá bakteriální obranou a na studii se nepodílel.
Jeho postoj sdílí i Adi Millmanová, která se věnuje biologii na Massachusetts Institute of Technology. Použití bílkoviny jako šablony pro syntézu DNA je podle ní „významným koncepčním posunem od klasického centrálního dogmatu“, v němž informace proudí jedním směrem od nukleových kyselin, jako je DNA, k bílkovinám.
Jiní biologové jsou podle Science k těmto závěrům poněkud skeptičtější. Tato nově vzniklá DNA, kterou vytvořil enzym, je pro vědce stále poněkud kryptická, nestává se totiž součástí genomu bakterie. Není tak zatím úplně jasné, k čemu vlastně slouží.
Naděje pro medicínu
Tým ze Stanfordu i další vědci přesto doufají, že tato nová forma syntézy DNA by se dala jednou využít pro blaho lidstva. Jak? Podobně jako dobře známé genetické nůžky CRISPR, které se dnes využívají v tisícovkách aplikací genového inženýrství – také on byl původně součástí přirozeného bakteriálního obranného systému. Umět snadno a efektivně kopírovat DNA by mohlo být stejně výhodné, jako ji dnes pomocí CRISPRu vědci krájí, stříhají a přesunují.
„DRT3 představuje ‚vše v jednom‘ – molekulární stroj pro sekvenčně specifickou syntézu DNA, což je v přírodě vzácný nález,“ dodává Gao. Pokud by vědci přišli na to, jak ho upravit tak, aby produkoval i jiné sekvence, mohli by vytvářet přizpůsobené řetězce DNA, například pro výrobu pokročilých biomateriálů.
V širším kontextu tento objev podtrhuje, kolik toho v mikrobiální biologii pořád ještě zůstává před moderní vědou skryto – a to i přes stovky zásadních výzkumů v posledních dekádách. DRT3 by podle Gaa měl proto být vnímán jako „katalyzátor k přehodnocení temné hmoty mikrobiálního světa“.
