Datum: 12.01.2023

Čeští vědci vyluštili záhadný genom nově objeveného parazita. Je mistrem genetické abecedy

Čeští biologové objevili výjimečného parazita, který žije na našem území. Má tak chaotickou genetickou strukturu, že ji nedokáží napadnout ani viry. A to by se dalo velmi dobře využít.

Zdroj: https://ct24.ceskatelevize.cz/veda 

Čeští biologové objevili výjimečného parazita, který žije na našem území. Má tak chaotickou genetickou strukturu, že ji nedokáží napadnout ani viry. A to by se dalo velmi dobře využít.

 

„Jan zabil Štěpána. Ve hře pak umřel sám.“
„Jan zabil Štěpána ve hře. Pak umřel sám.“

Tato dvojice vět se liší jediným znakem – tečkou. Přesto mají úplně jiný význam. Vědci teď popsali podobný mechanismus v DNA, a to u cizopasníka, který žil v ploštici na Turnovsku, necelých pět kilometrů od hradu Trosky.

Nově objevený parazit má naprosto nepředvídatelnou a výraznou odchylku od genetického kódu, který je jinak úplně stejný u drtivé většiny organismů včetně člověka. Rozluštění této genetické záhady popsali čeští vědci ve studii, která vyšla v odborném časopise Nature.

Video Zuzana Pavlíková o novém objevu

Zuzana Pavlíková o novém objevu, Zdroj: ČT24

Nově popsaný parazitický prvok Blastocrithidia nonstop sice naštěstí nenapadá přímo člověka, je ale blízce příbuzný trypanozomám, které způsobují řadu závažných chorob, například dobře známou spavou nemoc. 

Zmatek v genetické knize

Genetická informace je uložena v molekulách DNA, jejichž jednotlivé úseky se označují jako geny a jejich soubor v daném organismu se nazývá genom. Každý gen v sobě obsahuje recept na výrobu jedné bílkoviny, která vzniká různými kombinacemi dvaceti základních aminokyselin procesem nazývaným proteosyntéza.

Pro jednoduchost si lze gen představit jako jednu větu začínající velkým písmenem a končící tečkou, zatímco genom je kniha vyprávějící celý příběh. Velká písmena a tečky oddělují jednotlivé věty a dávají tak celému příběhu jasnou strukturu a smysl.

Ploštice z Trutnovska

Ploštice z Turnovska, Zdroj: AV ČR

 

Nedávno se ale ukázalo, že existují organismy, do jejichž vět pronikly tečky navíc, a to tak, že nahradily konkrétní písmena libovolných slov. V důsledku toho jsou čtenáři (v případě genomu se jedná o buněčné luštitele genetického kódu, tedy ribozomy) zmatení, kde věty skutečně končí – podobně jako v úvodním příkladu článku. „Příběh“ se pak stává zcela nesrozumitelným. V přeneseném slova smyslu by se dalo říci, že u nich došlo k biblickému zmatení jazyků jako v pradávné říši Babylonské.

Šifra

Snad nejzmatenější ze všech je právě nově popsaný druh trypanozomy, parazitující v českých plošticích. Vědci z Parazitologického ústavu Biologického centra a Mikrobiologického ústavu Akademie věd objevili molekulární mechanismus, který se u tohoto prvoka vyvinul, aby čtenář (ribozom) mohl procházet jeho genetickými větami tak, jako by v nich žádné tečky navíc nebyly. Věty jsou však tak specificky zašifrované, že ribozomy žádných jiných organismů nedokáží genetickou informaci správně rozluštit.

Video Amber Kachale o novém objevu

Ambar Kachale o novém objevu, Zdroj: ČT24

„Trik spočívá v povaze a délce molekuly transferové RNA (tRNA), která ribozomu běžně slouží jako luštitelská příručka, a v jedinečné úpravě jedné bílkoviny, která v buňkách za normálních okolností zajišťuje rozpoznávání teček, tedy přesné ukončení proteosyntézy,“ vysvětluje Leoš Valášek z Mikrobiologického ústavu Akademie věd.

Součinností těchto dvou upravených molekul pozná ribozom tohoto prvoka, kdy má, nehledě na spoustu teček, větu správně ukončit a kdy má tečky naopak nahradit původními písmenky, což příběhu (genetické informaci) vrátí smysl.

Biologové při sběru ploštic

Biologové při sběru ploštic, Zdroj: AV ČR

„Vypadá to tak trochu jako opravený diktát nepozorného žáka základní školy, ale jak přesvědčivě ukazuje studovaná trypanozoma, dá se s tím dobře žít. Jedná se o naprosto nečekaný a dramatický odklon od standardního genetického kódu, který je podstatou všeho živého,“ dodává další z autorů objevu, Zdeněk Paris z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR.

Nové zbraně proti virům 

Tento objev je důležitý nejen pro základní biologický výzkum, ale i pro nejnovější vědecké trendy, jakým je například syntetická biologie, jejímž cílem je uměle vytvořit a vylepšit produkci a vlastnosti biologických látek pro nejrůznější účely. 

Video Leoš Valášek o novém objevu

Leoš Valášek o novém objevu, Zdroj: ČT24

Ukázalo se totiž, že překladač, který prvok využívá, neumí využít například viry. Díky tomu je tento mikroskopický organismus proti jejich útokům imunní. Zkrátka narazí na text, který nepřečtou, neví, jak buňky nakazit, a tedy se v nich ani nemohou množit. Organismus přežije a virus zemře.

Naopak vědci už umí tento překladač vzít a vložit do jiných organismů. To by v budoucnu mohlo pomoct u některých vrozených nemocí, které vznikají právě kvůli chybě v našich genech. „Potenciál do budoucna je, že celou řadu poruch, které byly v tuto chvíli neopravitelné, můžeme opravit mechanismem, který vymyslel tenhle prvok,“ dodává parazitolog Julius Lukeš. 

Video Julius Lukeš o novém objevu

Julius Lukeš o novém objevu, Zdroj: ČT24

 

*************  

Kachale A., Pavlíková Z., Nenarokova A., Roithová A., Durante I.M., Miletínová P., Záhonová K., Nenarokov S., Votýpka J., Horáková E., Ross R.L., Yurchenko V., Beznosková P., Paris Z.,Valášek L.S., Lukeš J. 2023: Short tRNA anticodon stem with mutant eRF1 allow stop codon reassignment. Nature (in press). [IF=69.504]

Short tRNA anticodon stem and mutant eRF1 allow stop codon reassignment​

Abstract: Cognate tRNAs deliver specific amino acids to translating ribosomes according to the standard genetic code, and three codons with no cognate tRNAs serve as stop codons. Some protists have reassigned all stop codons as sense codons, neglecting this fundamental principle1,2,3,4. Here we analyse the in-frame stop codons in 7,259 predicted protein-coding genes of a previously undescribed trypanosomatid, Blastocrithidia nonstop. We reveal that in this species in-frame stop codons are underrepresented in genes expressed at high levels and that UAA serves as the only termination codon. Whereas new tRNAsGlu fully cognate to UAG and UAA evolved to reassign these stop codons, the UGA reassignment followed a different path through shortening the anticodon stem of tRNATrpCCA from five to four base pairs (bp). The canonical 5-bp tRNATrp recognizes UGG as dictated by the genetic code, whereas its shortened 4-bp variant incorporates tryptophan also into in-frame UGA. Mimicking this evolutionary twist by engineering both variants from B. nonstop, Trypanosoma brucei and Saccharomyces cerevisiae and expressing them in the last two species, we recorded a significantly higher readthrough for all 4-bp variants. Furthermore, a gene encoding B. nonstop release factor 1 acquired a mutation that specifically restricts UGA recognition, robustly potentiating the UGA reassignment. Virtually the same strategy has been adopted by the ciliate Condylostoma magnum. Hence, we describe a previously unknown, universal mechanism that has been exploited in unrelated eukaryotes with reassigned stop codons.

Zpět

 

KONTAKT

Biologické centrum AV ČR, v.v.i.
Parazitologický ústav
Branišovská 1160/31
370 05 České Budějovice

NAJÍT PRACOVNÍKA