Παράξενη συμπεριφορά:Νέα μελέτη εκθέτει ζωντανά κύτταρα σε μια συνθετική πρωτεΐνη

Image courtesy of Arizona State University

Ένας τρόπος προσέγγισης για την κατανόηση των διαφόρων συστατικών στους ζωντανούς οργανισμούς είναι να προσπαθήσει κανείς να τα δημιουργήσει τεχνητά, χρησιμοποιώντας αρχές της χημείας, της μηχανικής και της γενετικής. Μια ομάδα τεχνικών – που συνολικά αναφέρεται ως συνθετική βιολογία- έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αυτό-αντιγραφόμενων μορίων, τεχνητών μονοπατιών σε ζωντανά συστήματα και οργανισμούς.

 Μια ομάδα επιστημόνων από το πολιτειακό πανεπιστήμιο της Αριζόνα στο τμήμα βιο-σχεδιασμού καθώς και από το τμήμα φαρμακολογίας του πανεπιστημίου Midwestern, δημιούργησαν μια τεχνητή πρωτεΐνη στο εργαστήριο και εξέτασαν τους εκπληκτικούς τρόπους με τους οποίους τα ζωντανά κύτταρα αποκρίνονται σε αυτήν. «Αν πάρεις μια πρωτεΐνη που δημιουργήθηκε σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα και τη βάλεις στο εσωτερικό ενός κυττάρου, θα λειτουργεί;», αναρωτιέται ο Chaput. «Το κύτταρο την αναγνωρίζει; Η μήπως την “μασά και την φτύνει”» Αυτή η ανεξερεύνητη περιοχή αντιπροσωπεύει έναν νέο πεδίο για τη συνθετική βιολογία και ίσως τελικά οδηγήσει σε μια ανάπτυξη καινοτόμων θεραπευτικών παραγόντων».

 Τα αποτελέσματα της έρευνας, όπως περιγράφονται online στο περιοδικό ACS Chemical Biology, περιγράφουν μια παράξενη ομάδα προσαρμογών από βακτηριακά κύτταρα του Escherichia coli που εκτίθενται σε μια συνθετική πρωτεΐνη που ονομάστηκε DX. Στο εσωτερικό του κυττάρου, οι πρωτεΐνες DX προσδένονται σε μόρια ATP, την ενεργειακή πηγή που χρειάζονται όλες οι βιολογικές ενότητες. «Το ATP είναι το ενεργειακό νόμισμα της ζωής,» εξηγεί ο Chaput.

 «Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί του ATP περιέχουν την απαραίτητη ενέργεια για να διεξάγονται οι αντιδράσεις στα ζωντανά συστήματα, και απελευθερώνουν την αποθηκευμένη ενέργεια όταν αυτοί οι δεσμοί διασπώνται χημικά. Η εξάντληση του διαθέσιμου ενδοκυτταρικού ATP από την πρόσδεση της DX διακόπτει τη φυσιολογική μεταβολική δραστηριότητα στα κύτταρα, εμποδίζοντας τα από το διαχωρισμό (αν και συνεχίζουν να αυξάνονται).

Μετά από έκθεση στη DX, τα φυσιολογικά σφαιρικού σχήματος βακτήρια E. Coli αναπτύσσονται σε επιμήκη ινίδια. Μέσα στα ινώδη βακτήρια, πυκνές ενδοκυτταρικές λιπιδιακές δομές δρουν για να διαχωρίσουν το κύτταρο σε κανονικά διαστήματα σε όλο το μήκος του. Αυτές οι ασυνήθιστες δομές, τις οποίες οι συγγραφείς ονομάζουν ενδολιποσώματα, αποτελούν ένα άνευ προηγουμένου φαινόμενο σε τέτοια κύτταρα. «Κάπου ανάμεσα στη γραμμή αυτής της ίνωσης, άλλες διαδικασίες αρχίζουν να συμβαίνουν τις οποίες δεν έχουμε πλήρως κατανοήσει σε γενετικό επίπεδο»», εξηγεί ο Chaput.

 «Αυτές οι πυκνές λιπιδιακές δομές σχηματίζονται σε πολύ φυσιολογικές περιοχές κατά μήκος του ινώδους κυττάρου και φαίνεται ότι αυτό μπορεί να αποτελεί ένα μηχανισμό άμυνας, επιτρέποντας στο κύτταρο να διαμερισματοποιηθεί μόνο του.» Αυτή η περίεργη προσαρμογή δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ σε βακτηριακά κύτταρα και φαίνεται μοναδική για έναν μονοκύτταρο οργανισμό.

Παράγοντας μια συνθετική πρωτεΐνη σαν τη DX, που μπορεί να μιμηθεί τα χαρακτηριστικά αναδίπλωσης των φυσικά σχηματιζόμενων πρωτεϊνών και να προσδεθεί με έναν μεταβολίτη-κλειδί όπως το ATP, δεν είναι καθόλου εύκολο. Μια έξυπνη στρατηγική, γνωστή ως απεικόνιση mRNA (mRNA display), χρησιμοποιήθηκε για να παράγει, να συντονίσει και να ενισχύσει συνθετικές πρωτεΐνες ικανές να προσδένονται σε ATP με υψηλή συγγένεια και ειδικότητα, όπως θα έκανε και μια φυσιολογικά σχηματισμένη πρωτεΐνη δέσμευσης στο ATP.

Κείμενο μεταφρασμένο-προσαρμοσμένο από:Arizona State University (2012, December 27). Strange behavior: New study exposes living cells to synthetic protein. ScienceDaily. Retrieved December 30, 2012, from http://www.sciencedaily.com­/releases/2012/12/121227143001.htm

Journal Reference:
  1. Shaleen B. Korch, Joshua M. Stomel, Megan A. León, Matt A. Hamada, Christine R. Stevenson, Brent W. Simpson, Sunil K. Gujulla, John C. Chaput. ATP Sequestration by a Synthetic ATP-Binding Protein Leads to Novel Phenotypic Changes inEscherichia coliACS Chemical Biology, 2012; : 121203123002005 DOI: 10.1021/cb3004786
earthsos.gr/earthsos.blogspot.com

Δεν υπάρχουν σχόλια: