Bakteri, protein şablonuyla DNA yazıyor: DRT3 keşfi.

Yaşamda bilgi akışı genelde bellidir: DNA, RNA’yı; RNA da proteinleri yaptırır. E. coli’de bulunan bir savunma sistemi ise bu şemayı tersyüz etti. Araştırmacılar, bir enzimin proteindeki amino asitleri şablon alarak nükleik asit olmadan özel bir DNA dizisi yazdığını, ikinci bir enzimin de RNA’yı kullanarak tamamlayıcı zinciri bağımsız ürettiğini gösterdi. Çalışma Cell dergisinde yayımlandı.

Protein şablonlu DNA: ezber bozan yol

Ters transkriptaz (RNA’dan DNA üreten enzim) tipik olarak bir RNA dizisini okuyup DNA’ya çevirir. DRT3 adı verilen bakteri savunma sisteminde yer alan DRT3b enzimi ise bunun dışında davranıyor: Enzimin aktif bölgesinin yanındaki iki amino asit, hangi DNA yapı taşının ekleneceğini belirliyor ve C ile A arasında dönüşümlü bir dizi oluşturuyor.

Bilim insanları, kriyo-elektron mikroskobu (çok düşük sıcaklıkta örnekleri atomik ölçekte görüntüleyen yöntem) ile DRT3b’nin içinde oluşan DNA ürününü görüntüledi. Yapı analizi, iki amino asidin sırasıyla A ve C eklenmesini kolaylaştırdığını ortaya koydu. Araştırma ekibi bu iki amino asidi değiştirdiğinde hem DNA sentezi durdu hem de antiviral savunma işlevi çöktü.

“Protein içindeki amino asit dizisindeki bilginin DNA dizisine çevrildiği çok gerçek anlamda böyle. Bu, alıştığımız biyolojik bilgi akışından çok farklı.” — Samuel Sternberg, Columbia University

Ortaya çıkan ürün, C-A-C-A… biçiminde son derece basit, tekrarlı bir tek zincirli DNA.

İki enzimin bağımsız ördüğü çift sarmal

DRT3 sisteminin ikinci ayağı DRT3a, daha alışıldık bir yoldan gidiyor: RNA’yı şablon alarak başka bir tekrarlı DNA zinciri yazıyor. Her iki zincir de bağımsız üretiliyor; ardından birbirlerini bulup eşleşerek bildik çift sarmalı oluşturuyor.

Bu kurgu, DNA çoğalmasının klasik mantığından ayrılıyor. Normalde mevcut bir DNA zinciri, eşinin üretimi için doğrudan şablon görevi görür. Buradaysa biri protein, diğeri RNA kaynaklı iki bilgi akışı sonunda çift sarmal birleşiyor.

“Genelde çift sarmalın bir zincirinin diğerini yaptırdığını düşünürüz. Burada iki zincir tamamen farklı şablonlardan —biri RNA, diğeri protein— bağımsızca yazılıyor ve ancak sonra çift sarmala dönüşüyor.” — Samuel Sternberg, Columbia University

Savunma mantığı: virüse karşı bubi tuzağı

DRT3’ün amacı gösteri yapmak değil, bakteri savunmasına katkı sağlamak. E. coli, normal koşullarda RecBCD adlı bir enzimle DRT3’ün ürettiği DNA’yı sürekli parçalar; böylece birikim olmaz. Bazı virüsler saldırı sırasında RecBCD’yi devre dışı bırakan proteinler üretir. Bu fren kalkınca DRT3’ün DNA’sı hızla birikir.

DNA birikimi bakterinin büyümesini durdurur. Hücre adeta kendini feda eder; büyüme yavaşlayınca virüs de verimli çoğalamaz ve yayılım sınırlanır. Araştırmacılar, büyümenin nasıl durduğunu moleküler düzeyde çözmek için ek çalışmalara ihtiyaç olduğunu belirtiyor.

Neden önemli, sırada ne var?

Bu keşif, biyolojide “bilgi akışı”nı anlatan yerleşik çerçevenin esnekliğini gösteriyor. Proteindeki amino asitlerin, doğrudan DNA dizisini yönlendirebildiğine dair açık bir mekanizma ilk kez tarif edildi. Ekip, benzer enzimlerin farklı DNA dizilerini yazıp yazamayacağını da test etmek istiyor.

Sternberg, bunun büyük bir olasılıkla başlangıç olduğunu düşünüyor. Bakteri bağışıklık sistemlerinde henüz keşfedilmemiş çok sayıda enzim ve sıra dışı kimya olabileceği değerlendiriliyor.

• DRT3b: Nükleik asit şablonu kullanmadan, proteindeki iki amino asitle C-A-C-A… dizisini yazıyor.

• DRT3a: RNA’yı şablon alarak tamamlayıcı tekrarlı DNA zincirini bağımsız üretiyor.

• Birlikte: İki zincir birleşip çift sarmala dönüyor; sistem virüs saldırısında bir tür bubi tuzağı gibi çalışıyor.