Badanie DNA bakterii uchyla rąbka tajemnicy życia Zrozumienie sposobu replikacji DNA u bakterii mogłoby doprowadzić do powstania nowych antybiotyków, a także środków kontrolowania rozwoju bakterii, które mogłyby znaleźć zastosowanie w medycynie i przemyśle. Zdrowie © Acarapi, Shutterstock Żywe organizmy muszą przekazać kopię swoich informacji genetycznych potomstwu, aby zapewnić przetrwanie swojego gatunku. W skomplikowanym procesie replikacji DNA bierze udział wiele białek i enzymów, a zachowanie stabilności genomu i wierności kopiowania wymaga precyzyjnej regulacji. „Replikacja DNA to jeden z najważniejszych etapów cyklu komórkowego bakterii”, tłumaczy koordynator projektu NutriCoRe Michele Felletti, badacz z tytułem doktorskim pracujący na Uniwersytecie w Sztokholmie w Szwecji. „W optymalnych warunkach bakterie mogą dzielić się i rozmnażać szybko przez wiele pokoleń”. Jednak w warunkach stresu – na przykład w przypadku niedoboru substancji odżywczych – mogą przejść w swego rodzaju tryb przetrwania. U bakterii chorobotwórczych ten tryb często powiązany jest z odpornością na antybiotyki i uporczywością infekcji. Zrozumieć mechanizmy życia Celem projektu NutriCoRe było dokładniejsze zrozumienie mechanizmów molekularnych, dzięki którym komórki bakteryjne wyczuwają brak substancji odżywczych, zawieszają replikację DNA i przechodzą w tryb przetrwania. Przeprowadzone dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie” badanie koncentrowało się na bardzo ważnym białku nazywanym DnaA. Występuje ono praktycznie u wszystkich bakterii i jest niezbędne do rozpoczęcia replikacji DNA. „Regulacja DNA należy do najbardziej fundamentalnych i fascynujących procesów biologicznych”, mówi kierowniczka projektu Kristina Jonas, adiunkt w dziedzinie nauk biologicznych molekularnych na Uniwersytecie w Sztokholmie. „Zdaliśmy sobie sprawę, że zrozumienie tego procesu jest kluczowe dla zrozumienia życia. Przypuszczaliśmy też, że ustalenie, w jaki sposób bakterie decydują o tym, czy rozpocząć replikację DNA, może dostarczyć nam nowych pomysłów na kontrolowanie rozmnażania się bakterii, które można by wykorzystać w medycynie i przemyśle”. Posługując się technikami z zakresu genetyki i biochemii, Felletti i Jonas badali zmiany poziomu DnaA podczas niedoboru substancji odżywczych u bakterii modelowej Caulobacter crescentus. Chociaż Caulobacter jest słodkowodną bakterią niechorobotwórczą, jest ona blisko spokrewniona z bakteriami, które mają istotne znaczenie dla zdrowia ludzkiego, ekologii i biotechnologii. Naukowcy ustalili, że synteza DnaA ustaje w okresie niedoboru substancji odżywczych. Znaleźli dowody na to, że gdy poziom substancji odżywczych w komórkach jest niski, mechanizmy komórkowe odpowiedzialne za syntezę białek zatrzymują produkcję DnaA na pierwszym etapie jego syntezy. „Mechanizm może być przypuszczalnie wykorzystywany przez różne bakterie do regulacji niezbędnych białek w odpowiedzi na niedobór substancji odżywczych”, wyjaśnia Felletti. Opracowywanie antybiotyków Badany mechanizm może stanowić nową zasadę regulacyjną, zgodnie z którą ekspresja genów jest regulowana w odpowiedzi na dostępność substancji odżywczych u bakterii. „Ogólniej rzecz biorąc, nasze badanie rzuca nowe światło na różnorodność mechanizmów regulacyjnych, które kontrolują replikację DNA, będącą jednym z najważniejszych procesów biologicznych”, mówi Jonas. W dłuższej perspektywie nowe odkrycia mogą również przyczynić się do opracowania nowych strategii leczenia infekcji bakteryjnych dzięki stworzeniu antybiotyków, które są bezpośrednio ukierunkowane na składniki aparatu replikacji DNA. „Byłoby wspaniale, gdyby wyniki naszych badań przyczyniły się do wypracowania metod kontroli rozwoju bakterii w przemyśle i biotechnologii, na przykład poprzez opracowanie bakterii o określonych funkcjach”, dodaje Jonas. Zrozumienie mechanizmów molekularnych, które regulują rozmnażanie się bakterii, pozostaje jednak jednym z głównych wyzwań, przed jakimi stoją biolodzy. „Chociaż projekt NutriCoRe dostarczył pewnych ważnych informacji na temat regulacji DnaA i replikacji DNA, nie jest to jedyny proces biologiczny, na który wpływa dostępność składników odżywczych”, mówi Felletti. „Inne podstawowe procesy komórkowe, takie jak wzrost komórek, podział komórek i synteza białek, są również celem mechanizmów kontroli składników odżywczych. Nasza wiedza na temat tych mechanizmów regulacyjnych u różnych gatunków bakterii jest nadal niewystarczająca”. Słowa kluczowe NutriCoRe, DNA, komórki, genetyka, biochemia, białka, enzymy, bakterie, medycyna, patogenne
