Přelomový objev fungování biomotorů v bakteriích a virech

Vědci z Univerzity v Kentucky pod vedením nano-biotechnologa Peixuana Guo učinili během uplynulého roku zásadní objev k pochopení fungování biomotorů, které bakteriálním buňkám a virům slouží ke svinování DNA.

Biomotory pracují v nanoměřítku podobně, jako nám dobře známe mechanické motory. Minulý rok tým Prof. Guoa poprvé oznámil objev nové, tzv. třetí třídy biomotorů, které jsou unikátní ve využívání mechanismu pojmenovaném jako „oběh bez rotace“. Možná to zní trochu zvláštně, proto si pomůžeme příkladem z makrosvěta. Rotace je pohyb objektu kolem své osy, stejně jako se otáčí naše Země každých 24h. Oběh je pohyb jednoho předmětu kolem druhého, stejně jako Země obíhá kolem Slunce (Obr. 1B, C). Biomotory třetí třídy tedy během sbalování obíhají kolem molekuly DNA bez toho aniž by se musely otáčet. Princip, který doposud v nanoměřítku nebyl popsán.

Obr. 1:Ilustrace rotačního a otběhového pohybu. Jako příklad zde slouží oběhový motor fága phi29. (A) 3D struktura dsDNA svinovacího motoru fága Phi29 v bočním a horním pohledu zachycující pRNA hexamer. Vpravo je AFM fotografie zachycující krystalovou strukturu hexameru pRNA s prodlouženými smyčkami; (B) Ilustrace zachycující rotační motor podobně jako Země rotuje podle své osy; (C) Ilustrace oběhového motoru podobně jako Země obíhá kolem Slunce; (D) Ilustrace obíhání dvoušroubovice DNA (dsDNA)uvnitř hexamerního ATPázového kanálu biomotoru. Zobrazeny jsou pouze 3 z celkových šesti kroků; (E) Ilustraceoběhu dsDNA uvnitř dodekamerních spojovacích kanálů. Zobrazeny jsou pouze 4 z celkových 12 kroků. Dvoušroubovicová DNA ani kanál během otáčení nerotují. Kredit: Guo Laboratory, University of Kentucky

Tyto typy biomotorů jsou mezi bakteriemi a viry velmi rozšířeny. „Nově popsaný princip oběhového biomotoru by tedy mohl nalézt uplatnění hlavně v klinickém výzkumu“, říká prof. Guo. „Právě pochopení principu svinování DNA má obrovský potenciál při diagnostice a léčení virových onemocnění a rakoviny“, dodává Prof. Guo. „Na biomotor, který svinuje DNA, můžeme vyvinout a zacílit specifická antivirotika a nová bakteriální antibiotika.“

Tento objev tedy zřejmě nastartuje nový výzkum zaměřený na svinování DNA a skládání virů v hostitelských buňkách. Tato fáze je poslední před samotným rozšířením viru do ostatních zdravých buněk. Pokud tedy správnému složení viru zabráníme, vir se do dalších buněk nerozšíří.

Prof. Guo se zabývá studiem biomotorů již od studií na vysoké škole. Během své diplomové práce izoloval funkční virový motor schopný pracovat mimo buňku. Byl to biomotor svinující DNA u bakteriálního viru phi29. Jako první také popsal klíčovou složku motoru, kterou byl šestičlenný RNA kruh, který pohání biomotor phi29 fága. Během své postgraduální spolupráce s Prof. Bernardem Mossem zaměřil svou pozornost na živočišné a lidské viry. Tyto přelomové objevy Prof. Guo publikoval v renomovaných časopisech včetně NATURE a SCIENCE.

Až nyní se podařilo pochopit klíčový princip fungování motoru. Už v roce 1998, Guo a jeho tým začal testovat hypotézu, která ho zavedla k tomuto průlomovému objevu. Guo roky věřil, že za svinováním virové DNA je ATPázový hexamerní model. A nyní konečně prokázal, že tomu opravdu tak je. Tento objev obíhajícího motoru zodpověděl konečně mnoho hádanek, které trápily vědce celých 35 let.

Video, zobrazující fungování biomotoru naleznete zde.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

University of Kentucky. "Biomotor discovered in many bacteria and viruses." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 August 2014.

Gian Marco De-Donatis, Zhengyi Zhao, Shaoying Wang, Lisa P Huang, Chad Schwartz, Oleg V Tsodikov, Hui Zhang, Farzin Haque, Peixuan Guo. Finding of widespread viral and bacterial revolution dsDNA translocation motors distinct from rotation motors by channel chirality and size. Cell & Bioscience, 2014; 4 (1): 30 DOI: 10.1186/2045-3701-4-30

Peixuan Guo. Biophysical Studies Reveal New Evidence for One-Way Revolution Mechanism of Bacteriophage ?29 DNA Packaging Motor. Biophysical Journal, 2014; 106 (9): 1837 DOI: 10.1016/j.bpj.2014.03.041

Peixuan Guo, Zhengyi Zhao, Jeannie Haak, Shaoying Wang, Dong Wu, Bing Meng, Tao Weitao. Common mechanisms of DNA translocation motors in bacteria and viruses using one-way revolution mechanism without rotation. Biotechnology Advances, 2014; 32 (4): 853 DOI: 10.1016/j.biotechadv.2014.01.006