Prvi put je u živim ćelijama pokazano kako bakterija E. coli reguliše gene koji joj pomažu da preživi u novom okruženju. Biohemičarka Fatema Zahra Rašid je uspela da to uradi koristeći tehniku koju je fino podesila. Njeno istraživanje o promenama u trodimenzionalnoj strukturi hromozoma nudi tragove za načine borbe protiv patogena i pojavilo se u Nature Communications 17. novembra.
Bakterije su uobičajena pretnja ljudskom zdravlju i dobrobiti. Dok su neki poznati kao izazivači ozbiljnog trovanja hranom, drugi mogu izazvati po život opasne infekcije tkiva, kao što su ljudska pluća. U svim slučajevima, da bi bile efikasne u svom „zadatku“, bakterijama su potrebni mehanizmi za preživljavanje prilagođavajući se svom okruženju.
Zaista je fascinantno kako su jednoćelijski organizmi, koji se često smatraju jednostavnim, sposobni tako dobro da se prilagode neprijateljskom okruženju. Ako saznamo kako, možda ćemo moći da ih sprečimo u tome i tako se borimo protiv patogena.
Hromozom bakterije slobodno lebdi u ćeliji, ali je snažno zbijen da bi se uklopio. Ako biste mogli da uvećate deo hromozoma, videli biste da je DNK čvrsto ili labavo presavijena, sa krivinama i petljama tu i tamo koje povezuju deo DNK sa udaljenijim delom DNK. Za to se brinu sve vrste proteina. Budući da su vezani ili nevezani, oni regulišu koji su geni dostupni i mogu se čitati i na taj način služe kao šabloni za pravljenje proteina.
Decenijama, biohemičari i genetičari proučavaju kako funkcioniše regulacija gena. Fatema Zahra Rašid je jedna od njih već 10-ak godina: prvo kao student master studija, zatim kao doktorat. student i sada kao postdoktor.
„Moje istraživanje se fokusira na specifičan deo DNK u E. coli: ProVVKS ili ProU operon. To je grupa gena za koje znamo da su uključeni u zaštitu od osmotskog šoka.“ Osmotski šok nastaje kada je okolina iznenada mnogo slanija ili manje slana od tečnosti unutar bakterije. Količina soli se tada takođe menja iznutra i to dovodi do kvara ćelijskih procesa i umiranja ćelija ako nisu u stanju da se prilagode.
Sa takvim osmotskim šokom, DNK u gore pomenutom ProU operonu se iznenada teško čita. U epruvetama sa delovima DNK, već se pokazalo da je ovo povezano sa regulatornim proteinom H-NS, koji se nalazi u mnogim bakterijama. Rašidov vođa grupe, profesor molekularne i ćelijske biohemije Remus Dame, pokazao je kao doktorat. student kako ovaj protein hvata dva dela DNK sa dve „ruke“ i pravi petlju, kaže on.
„Posle osmotskog šoka, mislili smo, te male ruke bi mogle da se oslobode, čineći DNK dostupnom za čitanje i stvaranjem specifičnog proteinskog sistema koji štiti ćeliju. Kada se ravnoteža u ćeliji uspostavi, male ruke bi ponovo zgrabile DNK i transkripcija prestaje.“
Damin kolega Rašid je sada pokazao u živim bakterijama da to zaista funkcioniše. Žive bakterije je izložila osmotskom šoku. „Posle nekog vremena, dodao sam fiksativ, uzrokujući da se svi proteini i DNK ’zamrznu’. Na neki način, ovo je snimanje ćelije.“
Iz tih fiksnih ćelija Rašid je izvukao DNK i isekao ga na male komade. Ako je operon bio u petlji, početni i krajnji delovi su bili zaglavljeni zajedno. Ako ne, početni i završni delovi su bili udaljeniji. Mogla bi to da izmeri. Takođe je uspela da utvrdi da je više zaštitnog sistema proizvedeno nakon osmotskog šoka na osnovu gena iz ProU. Ona obično razgovara sa svojim pretpostavljenim Remusom Dameom jednom nedeljno. „Kada sam prvi put videla ove rezultate pre oko dve godine, nisam čekala na nedeljne konsultacije“, smeška se ona.
Lek za borbu protiv patogena zasnovan na njihovoj DNK regulaciji uskoro neće biti tu. Prekretnica je ipak tu.
Dame je rekao: „Ove vrste regulacionih mehanizama su proučavane mnogo duže kod eukariota, organizama sa ćelijskim jezgrom. Sada vidimo da su oni takođe visoko razvijeni kod prokariota. Nekoliko studenata doktorskih studija sada koristi ovu metodu da vide da li ista stvar se dešava kod bakterija kada okolina iznenada postane veoma kisela, kao u stomaku. A šta se dešava kada dođe do promene temperature, na primer kada se bakterija kreće iz sredine u domaćina.“
