Glede na novo raziskavo Univerze Colorado Boulder je razvidno, da bakterije v boju proti vsiljivcem delujejo na zelo podoben način kot človeške celice, saj imajo enake osnovne mehanizme, ki so potrebni za vklop in izklop imunskih poti.
Študija osvetljuje tudi delovanje tega skupnega starodavnega mehanizma – skupine encimov, znanih kot ubikvitinske transferaze.
Boljše razumevanje in morebitno reprogramiranje tega stroja bi lahko na koncu utrlo pot do novih pristopov za zdravljenje številnih človeških bolezni, od avtoimunskih bolezni, kot sta revmatoidni artritis in Crohnova bolezen, do nevrodegenerativnih bolezni, kot je Parkinsonova bolezen, pravijo avtorji.
»Ta študija dokazuje, da se ne razlikujemo tako zelo od bakterij,« je dejal glavni avtor Aaron Whiteley, docent na oddelku za biokemijo. »S preučevanjem teh bakterijskih procesov se lahko veliko naučimo o delovanju človeškega telesa.«
Študija ni prva, ki je pokazala, kaj lahko bakterije naučijo ljudi
Vse več dokazov kaže, da so del človeškega imunskega sistema morda nastale iz bakterij, evolucija pa je prinesla bolj zapletene iteracije bakterijskih orodij za boj proti virusom v rastlinskem in živalskem kraljestvu.
Leta 2020 je biokemičarka Jennifer Doudna s Kalifornijske univerze Berkeley prejela Nobelovo nagrado za CRISPR, orodje za urejanje genov, s katerim se ponovno uporabi drug nejasen sistem, ki ga bakterije uporabljajo za boj proti lastnim virusom, znanim kot fagi.
Šum okoli CRISPR je sprožil novo znanstveno zanimanje za vlogo, ki jo imajo beljakovine in encimi pri imunskem odzivu proti fagom. »V zadnjih treh do petih letih so ljudje spoznali, da se to ne konča s CRISPR. Možnosti so veliko večje,« je dejal Whiteley.
Manjkajoči člen v evolucijski zgodovini
Whiteley in soavtorica študije Hannah Ledvina, podoktorska štipendistka Jane Coffin Childs na oddelku, sta sodelovala z biokemiki s Kalifornijske univerze v San Diegu, da bi izvedela več o beljakovini cGAS (ciklična GMP-AMP sintaza), za katero se je že prej izkazalo, da je prisotna tako pri ljudeh kot v preprostejši obliki tudi pri bakterijah.
Pri bakterijah in ljudeh je cGAS ključnega pomena za vzpostavitev nadaljnje obrambe, ko celica zazna virusnega vsiljivca. Toda kaj uravnava ta proces pri bakterijah, doslej ni bilo znano.
Whiteleyjeva ekipa je z uporabo tehnike ultra visoke ločljivosti, imenovane krioelektronska mikroskopija, skupaj z drugimi genetskimi in biokemičnimi poskusi podrobno preučila strukturo evolucijskega predhodnika cGAS v bakterijah in odkrila dodatne beljakovine, ki jih bakterije uporabljajo za pomoč cGAS pri obrambi celice pred virusnim napadom.
Natančneje, odkrili so, da bakterije spreminjajo svoj cGAS z uporabo poenostavljene različice vse v enem ubikvitin transferaze, kompleksne zbirke encimov, ki pri ljudeh nadzorujejo imunsko signalizacijo in druge kritične celične procese.
Ker je bakterije lažje gensko manipulirati in preučevati kot človeške celice, to odkritje odpira nove možnosti za raziskave, je dejala Ledvina. »Ubikvitinske transferaze v bakterijah so manjkajoči člen v našem razumevanju evolucijske zgodovine teh beljakovin.«
Urejanje beljakovin
Študija je razkrila tudi, kako ta stroj deluje, in identificirala dve ključni komponenti – beljakovini, imenovani Cap2 in Cap3 (CD-NTase-associated protein 2 in 3) – ki služita kot vklopno oziroma izklopno stikalo za odziv cGAS.
Whiteley je pojasnil, da ima ubikvitin pri ljudeh ne le ključno vlogo pri imunskem odzivu, temveč lahko služi tudi kot nekakšen označevalec celičnih odpadkov, ki odvečne ali stare beljakovine usmerja k razgradnji in uničenju. Kadar ta sistem zaradi mutacij v napravi ne deluje pravilno, se lahko beljakovine kopičijo in pojavijo se bolezni, kot je Parkinsonova bolezen.
Avtorji poudarjajo, da je potrebnih še veliko raziskav, vendar odkritje odpira zanimiva znanstvena vrata. Tako kot so znanstveniki prilagodili starodavni bakterijski obrambni sistem CRISPR v škarjam podobno biotehnologijo, ki lahko izrezuje mutacije iz DNK, Whiteley meni, da bi lahko dele bakterijskega stroja ubikvitin transferaze – in sicer Cap3 – na koncu programirali za urejanje problematičnih beljakovin in zdravljenje bolezni pri ljudeh.
Whiteley in njegova ekipa sta s pomočjo podjetja Venture Partners na Univerzi v Koloradu Boulder že vložila vlogo za zaščito intelektualne lastnine in nadaljujeta z nadaljnjimi raziskavami.
»Bolj ko razumemo ubikvitinske transferaze in kako so se razvile, bolje je znanstvena skupnost opremljena za terapevtsko usmerjanje teh beljakovin,« je dejal Whiteley. »Ta študija je res jasen dokaz, da so stroji v našem telesu, ki so pomembni za vzdrževanje celice, začeli delovati v bakterijah in počeli res zanimive stvari.«
Novinar
