Bakteriofág přenáší svou DNA do buňky neuvěřitelných 5 minut!

Pilní studenti molekulární biologie si jistě vzpomenou na slavný Hersheyho-Chase experiment, kterým DNA vstoupila do popředí zájmu molekulární biologie. Alfred Hershey a Martha Chase pomocí tohoto experimentu přesvědčivě ukázali, že nositelkou dědičné informace je právě DNA, nikoliv proteiny, jak se v té době mnozí domnívali. K průkazu použili bakteriofágy - viry infikující bakterie. Vědci pracovali s bakteriofágem T2, jehož tělo se skládá bičíku, z vláken bičíku a hlavičky, tvořené proteinovým obalem. V hlavičce nese svou genetickou informaci ve formě DNA, kterou při infekci jednoduše vytlačí do svého hostitele, zatímco proteinové tělo zůstává na buněčném povrchu.

Během experimentu byli bakteriofágové postupně množeni. Nejdříve v médiu obsahujícím radioaktivní síru, a potom v médiu s radioaktivním fosforem. Síra se v DNA nevyskytuje, proto se zabudovala do těla fágů, které zůstalo při infekci na povrchu buňky a fágové potomstvo radioaktivní síru neobsahovalo. Naopak fosfor se zabudoval do DNA bakteriofágů a podařilo se jej detekovat v potomstvu. Vědcům se tak naskytl nezvratný důkaz, že za přenos genetické informace je zodpovědná DNA, nikoliv proteiny (Hershey-Chase, 2008).

Genialita tohoto experimentu inspirovala badatele Roba Phillipse z Wisconsinské Univerzity a jeho dva magisterské studenty Davida Van Valena a Davida Wu k vypracování metody, která poprvé umožnila přímou vizualizaci infikujících virionů a změření délky přenosu jejich DNA. Publikace s názvem „A Single-Molecule Hershey-Chase experiment" vyšla nedávno na stránkách Current Biology (ScienceDaily, 27.7. 2012).

Metoda využívá fluorescenčního barvení DNA bakteriofága, který nejen, že toto barvení přežije, ale zůstane infekční. Pomocí fluorescenční mikroskopie v čase (Time-lapse fluorescence microscopy) byli badatelé schopni měřit úbytek fluorescence, ke kterému dochází ve chvíli, kdy značená DNA bakteriofága vstupuje do buňky a zároveň vzestup fluorescence v infikované buňce (Van Valen a kol. 2012).

Na studii je velice pozoruhodné zjištění průměrné doby přenosu fágové DNA. Bakterifágová DNA je totiž v jeho hlavičce neuvěřitelně kompaktně smotána, asi 16 000nm dlouhé vlákno je vměstnáno do padesátinanometrové kapsidy. Výsledkem tohoto uspořádání je tlak, mnohokrát převyšující tlak šampaňského v zašpuntované láhvi. Proto při pokusu ve zkumavce dojde k vypuštění celé fágové DNA do roztoku během pouhých deseti sekund (ScienceDaily, 27.7. 2012).

V bakteriální buňce je ovšem situace zcela jiná než v nebuněčném roztoku. Cytoplazma bakteriální buňky je doslova nacpaná proteiny, mezi kterými jsou vzdálenosti často menší než 10nm. Pro další molekuly je v bakteriální buňce jen velmi málo prostoru, proto klade cytoplazma vstupující DNA výrazně vyšší odpor, než jaký je v roztoku. Bakteriofág musí, často i opakovaně, přerušovat přenos své DNA i na několik minut a maximální rychlosti ejekce dosahuje při transportu první poloviny délky svého genomu. Navíc byla mezi jednotlivými buňkami pozorována značná variabilita od 1 do 20 minut celkové délky přenosu. Průměrná doba ejekce u bakteriofága lambda byla 5 minut. Vědci poodhalili, že proces ejekce DNA je kontrolován spíše celkovým vypuštěným množstvím DNA, než množstvím DNA zbývajícím ve fágové hlavičce (Van Valen a kol. 2012).

Do budoucna by badatelé rádi prozkoumali jiné typy bakteriofágů. Zabývat by se chtěli také otázkou, jestli neexistují nějaké buněčné molekuly, které by aktivně pomáhali fágové DNA vstupovat do buňky (ScienceDaily, 27.7. 2012). Výzkumy tohoto typu by mohly vylepšit naše možnosti transportu makromolekul přes biologické membrány a nalézt využití například v lékařství.

Autor: RNDr. Klára Kazdová

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Originální studie:

Van Valen D., Wu D., Chen Y.J., Tusin H., Wiggings P., Phillips R. (2012): A single molecule Hershey-Chase experiment. Current Biology 22: 1339-1343.

Připraveno podle: Physics of Going Viral: Rate of DNA Transfer from Viruses to Bacteria Measured. ScienceDaily, 27.7. 2012

Hershey-Chase http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/H/Hershey_Chase.html

Obrazové přílohy:

Bakteriofág. Kredit: Dr. Jan Mast, Commons Wikimedia

Bakterie. Kredit: jayofboy, http://www.sxc.hu