Kiedy geny postanawiają się przeprowadzić
Wyobraź sobie, że twoje meble same się spakowały i przeniosły do zupełnie innego domu — bez żadnej twojej pomocy. Brzmi niedorzecznie? A jednak dokładnie to robią niektóre geny w organizmach żywych. Naukowcy wiedzą o tych "skaczących genach" od dawna.
Te genetyczne włóczęgi znajdziesz wszędzie — u bakterii, roślin, zwierząt, a nawet u nas. Potrafią przeskakiwać w obrębie jednej komórki, czasem dając jej nowe cechy, które mogą się przydać w dalekiej przyszłości ewolucyjnej. To jeden ze sposobów, w jaki życie sobie radzi i dostosowuje się do zmieniających warunków.
Ale jest pewien szkopuł: przeprowadzka w ramach jednej komórki to jak przestawianie mebli w salonie. Co jednak, gdyby jakiś gen chciał przenieść się do całkiem innego budynku — może nawet do innej dzielnicy?
To wydawało się znacznie trudniejsze. Naukowcy zakładali, że skaczące geny potrzebują podwózki — czegoś w rodzaju wirusa albo plazmidu, który zawiezie je do nowego domu. Najnowsze badania sugerują jednak, że może istnieć inna droga.
Mikroskopijne miejsce zbrodni
Pewien zespół badaczy przyglądał się społeczności drobnoustrojów produkujących metan — proces ten stanowi podstawę biogazu. W tej właśnie społeczności natknęli się na maleńką drapieżną bakterię, nazwaną Candidatus Velamenicoccus archaeovorus.
Ten mały stwór to prawdziwy płatny zabójca w świecie drobnoustrojów. Poluje na inne mikroorganizmy, które przetwarzają związki o zapachu pomarańczy w metan. Naukowcy zauważyli coś dziwnego wewnątrz nici Methanothrix soehngenii — jednego z najważniejszych organizmów produkujących metan na Ziemi. Były to martwe komórki, które wyglądały na zaatakowane.
Uczonych ogarnęło podejrzenie. Czyżby ten drapieżnik był winowajcą?
Tropienie dowodów
Badacze postanowili poszukać cząsteczek pochodzących od drapieżnika w jego martwych ofiarach. Analizując genom Ca. Velamenicoccus archaeovorus, natknęli się na coś interesującego: intron pełniący funkcję skaczącego genu.
I tutaj robi się naprawdę ciekawie. Dotychczas intronowy RNA nigdy nie był wykrywany poza komórką. Zazwyczaj pozostaje ukryty w jej wnętrzu, zajmując się swoimi sprawami. Ale ci naukowcy opracowali na tyle czułe metody, że byli w stanie wychwycić nawet minimalne ilości RNA wewnątrz komórek bakteryjnych.
Używając specjalnych sond kwasów nukleinowych, stworzyli mikroskopijne obrazy pokazujące intronowy RNA obecny zarówno w żywych komórkach drapieżnika, jak i w martwych komórkach ofiary.
W zasadzie przyłapali intron na gorącym uczynku próby replikacji i rozprzestrzeniania się. Niestety dla tego ambitnego genu, w chwili gdy doszło do przeskoku, drapieżnik zdążył już zabić swojego nowego gospodarza. Transfer okazał się więc wyskokiem w pustą komórkę. Smutne, ale prawdziwe.
Tajna broń: podróż w kręgu
Ale oto kluczowe pytanie: jak ten RNA przetrwał dostatecznie długo, żeby odbyć podróż?
Cząsteczki RNA są zazwyczaj niestabilne. Działają jako posłańcy w komórkach, przenosząc instrukcje z DNA do mechanizmu wytwarzającego białka. Ale są dość szybko rozkładane, począwszy od odsłoniętych końców.
Martwe komórki prawie nigdy nie zawierają RNA właśnie z tego powodu.
Jak więc intronowy RNA przetrwał tę podróż? Odpowiedź jest elegancka w swojej prostocie: ma kształt koła.
Intronowy RNA tworzy pierścień — cząsteczkę w kształcie kółka bez otwartych końców. Ta okrągła struktura chroni go przed enzymami, które inaczej pocięłyby go na kawałki. Brak odsłoniętych końców oznacza brak łatwego sposobu na rozbiórkę. Całkiem sprytne jak na coś, co nie ma mózgu.
Co to dla nas oznacza
Badacz stojący za tym odkryciem, Jens Harder, zwrócił uwagę na coś fascynującego: koliste cząsteczki RNA to nie tylko domena drobnoustrojów. Występują też u ludzi i wpływają na wiele procesów metabolicznych. Naukowcy aktywnie badają ich rolę w rozwoju guzów nowotworowych.
A do tego — niektóre koliste RNA są już wykorzystywane w szczepionkach RNA, w tym tych przeciwko COVID-19 i niektórym nowotworom!
Kiedy więc następnym razem usłyszysz o szczepionkach RNA albo badaniach nad rakiem, możesz właśnie słuchać o spuściźnie maleńkich podróżników genetycznych, którzy wymyślili, jak przetrwać dzięki kręceniu się w kółko.
To badanie otwiera ekscytujące możliwości zrozumienia, jak informacja genetyczna przemieszcza się między gatunkami — nie tylko w obrębie jednego. To przypomnienie, że w mikroskopijnym świecie reguły biologii potrafią być zaskakująco elastyczne, a natura zawsze znajduje sprytne obejścia.