Newsletter

Nauka i technologie

CTRL+X i CTRL+V w DNA: Skaczące geny złapane w trakcie skoku

29.08.2022, 09:00aktualizacja: 29.08.2022, 09:00

Pobierz materiał i Publikuj za darmo

Transpozony, znane jako skaczące geny, potrafią "wyciąć się" z DNA, a potem wkleić w jego inne, często precyzyjnie wybrane miejsce. Naukowcy widzą w nich przyszłość edycji genomów. Polscy badacze dokonali ostatnio trudnego zadania: pokazali, jak wygląda kluczowe białko związane z działaniem transpozonu, kiedy ten "szykuje się do skoku”.

"Nasza praca dokłada kolejną cegiełkę do zrozumienia, jak działa białko, które potrafi wycinać duże fragmenty DNA i wstawiać je w inne miejsce" - podsumowuje w rozmowie z PAP prof. Marcin Nowotny z warszawskiego MIBMiK.

Zespół prof. Nowotnego - wspólnie z Josephem Petersem z Cornell University (USA) - opublikował wyniki swoich badań w prestiżowym "Molecular Cell".

Transpozony to pasożyty w genomie. Niektóre z nich nie tylko się przemieszczają, ale wykorzystują też maszynerię komórkową organizmów, aby się namnażać - tłumaczy prof. Nowotny. "Nawet 50 proc. ludzkiego genomu i 70 proc. genomu niektórych roślin może pochodzić właśnie od transpozonów" - mówi (choć w większości transpozony te nie są tam aktywne). Od transpozonów pochodzą również niektóre wirusy, w tym wirus HIV. Istnieją także transpozony, za sprawą których bakterie stają się oporne na działanie antybiotyków. To daje mały wgląd w to, jak powszechne są w naturze „skaczące geny”.

Prof. Nowotny zaznacza, że choć transpozony potocznie nazywane są skaczącymi genami, to - precyzyjnie mówiąc - powinno się o nich mówić jako o skaczącym DNA (bo transpozon nie jest genem, ale może geny zawierać).

Transpozony odniosły niezwykły ewolucyjny sukces i są bardzo zróżnicowane. Niektóre działają przez wycinanie siebie z DNA - i wklejanie się w precyzyjnie wybrane miejsce genomu. To operacja, która przypomina w edytorze tekstu polecenia wytnij i wklej (CTRL+X i CTRL+V). Jeśli naukowcy chcą edytować genom bez żadnych nieprzewidzianych błędów - tak precyzyjnie, jak chcemy edytować tekst - powinni poznać i wykorzystać podobne sztuczki samej natury.

Dlatego marzy się im przygotowanie sztucznego transpozonu, który wklejałby do DNA wybrane geny. Można sobie wyobrazić, że takie narzędzie ratować będzie kiedyś życie i zdrowie osób z chorobami genetycznymi, których DNA koduje wadliwy rodzaj białka. Takie osoby być może mogłyby mieć w ramach terapii dostarczane do organizmu sztuczne transpozony, które w bezpiecznym miejscu wklejałyby się do DNA gospodarza. A wtedy jego organizm mógłby sam produkować sobie lekarstwo - prawidłowe białko niezbędne dla zdrowia.

Jeśli chodzi o możliwości edytowania DNA, głównym narzędziem jest obecnie maszyneria CRISPR-Cas9 (Nobel 2020), czyli genetyczne nożyczki. Mechanizm ten - który naukowcy odkryli podczas badań bakterii - pozwala znajdować w DNA precyzyjnie wybrane miejsce i je przecinać. W miejsce przecięcia mogą wklejać się geny, które są sztucznie dostarczone do komórki. Na razie jednak nikt nie ma gwarancji, że zawsze właśnie tak się stanie, i że w miejscu przecięcia nie będą się tworzyły mutacje. Procedura CRISPR-Cas9 wymaga udoskonalenia. Trzeba więc znaleźć sposób na bardziej precyzyjne wklejenie wybranego genu w miejsce przecięcia i ponowne sklejenie DNA.

Świętym Graalem na tym polu wydaje się właśnie transpozon Tn7, pochodzący od bakterii. Jego wykorzystanie wydaje się możliwe, bo w niektórych jego wariantach naturalnie zakodowana jest właśnie ta, dobrze już poznana, maszyneria CRISPR-Cas9. Transpozon wykorzystuje ją do wyboru miejsca genomu, w które się wstawi.

Jeden z genów transpozonu Tn7 koduje enzym - transpozazę, której zadaniem jest wycięcie kilkunasty tysięcy nukleotydów (liter kodu genetycznego) transpozonu z jednego miejsca i wklejenie go w inne.

Żeby zrozumieć, jak owo skomplikowane zadanie, jakie wykonuje enzym, jest w ogóle możliwe, naukowcy chcą poznać strukturę transpozazy - a więc jej kształt. Bo to właśnie od tego kształtu zależy to, jak działa ona w komórce. Badanie takich białek to bardzo trudne zadanie, gdyż enzym ten składa się z kilkudziesięciu tysięcy atomów. Jest w dodatku bardzo ruchliwy - jego kształt zmienia się w zależności od fazy operacji, którą wykonuje.

Zespół prof. Nowotnego posłużył się kriomikroskopem elektronowym (Nagroda Nobla 2017), który od kilku lat znajduje się w krakowskim Centrum SOLARIS. Dzięki tej technologii badacze mogą obserwować cienie zamrożonych w ruchu, pojedynczych cząsteczek. I na podstawie tych cieni odtwarzać niezwykle skomplikowaną strukturę 3D badanych molekuł.

A molekuła ta - choć składa się z dziesiątek tysięcy atomów - jest nadal malutka. Gdyby zmienić proporcje różnych obiektów i cząsteczkę tę powiększyć do rozmiarów jabłka - analogicznie powiększony człowiek miałby wysokość 20 tys. km, a więc mógłby owinąć sobą pół Ziemi.

Prof. Nowotny w rozmowie z PAP porównuje badane białko do sznura, na który nanizane są korale. "Korale te tańczą w przestrzeni i układają się zupełnie inaczej w zależności od fazy skoku enzymu z jednego miejsca na drugie" - opisuje naukowiec.

W publikacji z "Molecular Cell" zespół pokazał, jak białko to wygląda w momencie, kiedy mości się na DNA (po rozpoznaniu końcówki tego fragmentu DNA, który ma wyciąć).

Naukowcy z całego świata ścigają się jednak, aby pokazać model białka w innych fazach jego działania. I tak np. zespół z Cornell University przedstawił niedawno kształt tego samego białka w momencie wklejania elementu w inne miejsce.

Badaczom udało się więc "sfotografować" niezwykle interesujące cząsteczki w paru ważnych momentach ich pracy. Przed nimi wciąż jednak sporo wysiłku, aby poznać kształt tego białka w jeszcze innych fazach tej operacji. Bez tego trudno będzie zrozumieć w pełni, jak pracuje ta cząsteczka, i jak związany z nią mechanizm wykorzystać w praktyce.

Źródło informacji: Nauka w Polsce

Pobierz materiał i Publikuj za darmo

bezpośredni link do materiału
Data publikacji 29.08.2022, 09:00
Źródło informacji Nauka w Polsce
Zastrzeżenie Za materiał opublikowany w serwisie PAP MediaRoom odpowiedzialność ponosi – z zastrzeżeniem postanowień art. 42 ust. 2 ustawy prawo prasowe – jego nadawca, wskazany każdorazowo jako „źródło informacji”. Informacje podpisane źródłem „PAP MediaRoom” są opracowywane przez dziennikarzy PAP we współpracy z firmami lub instytucjami – w ramach umów na obsługę medialną. Wszystkie materiały opublikowane w serwisie PAP MediaRoom mogą być bezpłatnie wykorzystywane przez media.

Newsletter

Newsletter portalu PAP MediaRoom to przesyłane do odbiorców raz dziennie zestawienie informacji prasowych, komunikatów instytucji oraz artykułów dziennikarskich, które zostały opublikowane na portalu danego dnia.

ZAPISZ SIĘ

Akademia
Komunikacji

Prowadzimy szkolenia oraz warsztaty dla mediów, biznesu, samorządów i instytucji. Oferujemy szkolenia indywidualne i grupowe w zakresie m.in. wystąpień publicznych, zarządzania kryzysowego, cyberbezpieczeństwa, przeciwdziałania dezinformacji.