ΙΣΩΣ ΤΟ ΠΙΟ ενδιαφέρον πράγμα που μπορεί να μας διδάξει ένας ιός που σκοτώνει βακτήρια να μην είναι αυτός καθαυτός ο τρόπος με τον οποίο τα σκοτώνει, αλλά ο τρόπος με τον οποίο θα μπορούσαμε κάποτε εμείς να χρησιμοποιήσουμε τον συγκεκριμένο μηχανισμό για να τα σκοτώσουμε.
Καθώς η αντοχή των βακτηρίων στα αντιβιοτικά αυξάνεται, οι επιστήμονες αναζητούν νέους τρόπους για να αντιμετωπίσουν παθογόνα που διαθέτουν ολοένα και πιο σύνθετες άμυνες.
Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες προσεγγίσεις είναι η φαγοθεραπεία, η χρήση βακτηριοφάγων, δηλαδή ιών που μολύνουν και σκοτώνουν βακτήρια.
Υπάρχει όμως ένα μεγάλο πρόβλημα. Οι φάγοι δρουν συνήθως εξαιρετικά στοχευμένα.
Ένας φάγος που μπορεί να καταστρέψει ένα βακτηριακό στέλεχος μπορεί να είναι απολύτως ανήμπορος απέναντι σε ένα άλλο, ακόμη και αν τα δύο στελέχη ανήκουν στο ίδιο είδος.
Ο λόγος είναι ότι τα βακτήρια διαθέτουν ένα τεράστιο και εξαιρετικά σύνθετο οπλοστάσιο άμυνας.
Και κάθε φάγος πρέπει, με κάποιον τρόπο, να το ξεπεράσει.
Τι θα γινόταν όμως αν υπήρχε ένας φάγος που δεν χρειαζόταν να γνωρίζει εκ των προτέρων ποια άμυνα έχει απέναντί του; Που αντί να διαθέτει ένα διαφορετικό «πιστόλι» για κάθε βακτηριακή άμυνα, χρησιμοποιούσε ένα γενικότερο μοριακό όπλο; Κάτι που να μην στοχεύει μία συγκεκριμένη πρωτεΐνη, αλλά πολλές από τις πρωτεΐνες που συμμετέχουν στην άμυνα του βακτηρίου;
Μια νέα μελέτη ερευνητών από το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL), στη Χαϊδελβέργη, που δημοσιεύθηκε στο Nature, δείχνει ότι ένας από τους πιο γνωστούς βακτηριοφάγους, o T7 μπορεί να κάνει κάτι που μοιάζει εκπληκτικά με αυτό που περιγράφηκε παραπάνω.
«Αντί να αναζητά κάθε φορά το κατάλληλο “κλειδί” κάθε βακτηριακού αμυντικού μηχανισμού, χρησιμοποιεί ένα ένζυμο που μοιάζει περισσότερο με ‘μοριακό όπλο’ ευρείας κλίμακας, την πρωτεϊνική κινάση T7K», εξηγεί στο WIRED Greece ο Δρ Αθανάσιος (Νάσος) Τύπας από το EMBL και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης.
Και όπως λέει, το πιο παράξενο είναι ότι το ένζυμο T7K δεν είναι απλώς πιο ισχυρό από όσο πίστευαν οι επιστήμονες, είναι και πολύ λιγότερο επιλεκτικό.
Ο T7 είναι ένας φάγος που προσβάλλει το κολοβακτηρίδιο Ε-coli. Η επίθεσή του είναι γρήγορη. Μέσα σε περίπου 15 λεπτά, το βακτηριακό κύτταρο έχει μετατραπεί σε εργοστάσιο παραγωγής νέων φάγων και τελικά διαλύεται, απελευθερώνοντάς τους.
Αλλά ανάμεσα στα πρώτα πράγματα που κάνει ο T7 είναι κάτι που μέχρι σήμερα δεν είχαν κατανοήσει πραγματικά οι επιστήμονες: ενεργοποιεί το ένζυμο T7K, το οποίο αρχίζει να προσθέτει φωσφορικές ομάδες σε πρωτεΐνες μέσα στο βακτήριο, διαταράσσοντας τη φυσιολογική τους λειτουργία.
Και όταν λέμε πρωτεΐνες, δεν εννοούμε μερικές επιλεγμένες. Εννοούμε σχεδόν τα πάντα αδιακρίτως, χωρίς το ένζυμο να ακολουθεί το είδος της αυστηρής μοριακής αναγνώρισης που χαρακτηρίζει τις περισσότερες γνωστές κινάσες.
Για αυτό οι ερευνητές το περιγράφουν ως ένα βιολογικό «loose cannon».
Και αυτή η φαινομενική έλλειψη πειθαρχίας είναι ακριβώς αυτό που χρειάζεται ο φάγος.
Γιατί μέσα σε αυτό το κύμα φωσφορυλίωσης κρύβεται ένας τρόπος να αφοπλίσει πολλές διαφορετικές βακτηριακές άμυνες χωρίς να χρειάζεται να έχει ένα ξεχωριστό όπλο για κάθε μία.
Τα βακτήρια έχουν εξελίξει ένα εντυπωσιακά σύνθετο αμυντικό οπλοστάσιο, αλλά οι φάγοι δεν μπορούν να γνωρίζουν εκ των προτέρων ποιο αμυντικό σύστημα θα συναντήσουν σε κάθε βακτηριακό στέλεχος που θα ‘χτυπήσουν’.
Μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι γνωστοί μηχανισμοί αντεπίθεσης των φάγων ήταν σχετικά εξειδικευμένοι.
Όμως το ένζυμο T7K φαίνεται να ακολουθεί μια εντελώς διαφορετική στρατηγική.
Δεν ρωτά: «Τι είδους άμυνα έχει αυτό το βακτήριο», αλλά «Ποιες πρωτεΐνες χρησιμοποιεί για να αναγνωρίσει και να χτυπήσει τον φάγο».
Και μετά τις φωσφορυλιώνει.
Το ένζυμο T7K, γνωστό και ως gp0.7, δεν ανακαλύφθηκε τώρα, είχε εντοπιστεί ήδη από τη δεκαετία του 1970. Οι επιστήμονες όχι μόνο γνώριζαν ότι ήταν μια κινάση που επηρεάζει διάφορες λειτουργίες του βακτηρίου, αλλά και τους στόχους του που σχετίζονται με τη μεταγραφή, τη μετάφραση και την επεξεργασία νουκλεϊκών οξέων.
Το μοντέλο που είχε διαμορφωθεί ήταν σχετικά συμβατικό: το T7K φωσφορυλιώνει συγκεκριμένες βακτηριακές πρωτεΐνες και με αυτόν τον τρόπο βοηθά τον φάγο να ανακατευθύνει το κύτταρο προς την παραγωγή νέων φάγων.
Υπήρχε όμως ένα περίεργο.
Όταν οι επιστήμονες στο εργαστήριο αφαιρούσαν το T7K από τον φάγο, δεν του προκαλούσαν μεγάλο πρόβλημα.
Το ερώτημα λοιπόν ήταν: «Γιατί να διαθέτει ένας τόσο γρήγορος και αποδοτικός φάγος ένα ένζυμο που φαίνεται να τροποποιεί σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες, χωρίς αυτό να είναι απαραίτητο για τη βασική του αναπαραγωγή;».
Η απάντηση φάνηκε πως βρισκόταν έξω από το εργαστηριακό περιβάλλον.
Τα συνηθισμένα στελέχη E. coli που χρησιμοποιούνται στην έρευνα της μοριακής βιολογίας έχουν σχετικά περιορισμένο αμυντικό οπλοστάσιο.
Στη φύση όμως, τα πράγματα είναι πολύ διαφορετικά…
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε σύγχρονες τεχνικές φωσφοπρωτεωμικής και αντί να ψάξει για τις λίγες βακτηριακές πρωτεΐνες που ήταν ήδη γνωστό ότι επηρεάζονται από το T7K, εξέτασε μαζικά τις φωσφορυλιώσεις που εμφανίζονται σε ολόκληρο το βακτηριακό κύτταρο κατά τη διάρκεια της λοίμωξης.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό.
Σε λοίμωξη βακτηρίου από φυσιολογικό βακτηριοφάγο T7 εντοπίστηκαν 19.532 φωσφορυλιωμένα πεπτίδια (μικρές πρωτεϊνικές αλυσίδες). Όταν το T7K απουσίαζε από τον φάγο ή όταν χρησιμοποιούνταν μια καταλυτικά ανενεργή μορφή του, ο αριθμός των φωσφορυλιωμένων πεπτιδίων έπεφτε σε μερικές εκατοντάδες.
Η διαφορά ήταν τεράστια.
Και οι θέσεις φωσφορυλίωσης που εντοπίστηκαν ξεπερνούσαν τουλάχιστον τρείς φορές το σύνολο των θέσεων που είχαν προηγουμένως αναφερθεί στο E. coli σε διαφορετικές πειραματικές συνθήκες.
«Το ένζυμο T7K δεν είναι απλώς μια κινάση με “λίγο περισσότερους” στόχους. Είναι κάτι που δεν μοιάζει με καμία κινάση που ξέρουμε από κανένα οργανισμό. Το T7K δεν φαίνεται να διαβάζει την πρωτεϊνική αλληλουχία όπως θα περίμενε κανείς από μια εξειδικευμένη κινάση. Και αυτό εξηγεί εν μέρει το τεράστιο εύρος των στόχων της», σημειώνει ο Τύπας.
Εδώ εμφανίζεται ένα ακόμη ενδιαφέρον στοιχείο.
Οι περισσότερες κινάσες διαθέτουν ένα χαρακτηριστικό μοτίβο στο καταλυτικό τους κέντρο που παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της ενεργής κατάστασής τους.
Όταν οι ερευνητές εξέτασαν τη δομή της Τ7Κ κινάσης διαπίστωσαν ότι διαθέτει μια αποκλίνουσα εκδοχή από αυτό το μοτίβο και υπέθεσαν ότι αυτή η ασυνήθιστη παραλλαγή μπορεί να διατηρεί το ενεργό κέντρο σε μια διαρκή «ετοιμότητα».
Αντί για ένα ένζυμο που ενεργοποιείται μόνο όταν βρει το σωστό υπόστρωμα, το T7K μπορεί να λειτουργεί περισσότερο σαν μια μηχανή που είναι μονίμως αναμμένη και περιμένει σχεδόν οποιαδήποτε κατάλληλη πρωτεΐνη βρεθεί κοντά της για να τη φωσφορυλιώσει.
Όμως δεν φωσφορυλιώνει όλες τις πρωτεΐνες το ίδιο και δε δρα απεριόριστα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι υπάρχει μια σημαντική προτίμηση προς πρωτεΐνες που δεσμεύουν νουκλεϊκά οξέα.
Και εδώ βρίσκεται το πραγματικό κόλπο.
Αν το T7K φωσφορυλίωνε εντελώς τυχαία κάθε πρωτεΐνη, τότε θα ήταν εξίσου πιθανό να καταστρέψει και τις κυτταρικές ‘μηχανές’ που χρειάζεται ο ιός T7.
Και εάν το ένζυμο T7K φωσφορυλιώνει σχεδόν οποιαδήποτε πρωτεΐνη, γιατί δεν σκοτώνει και τον ίδιο τον φάγο;
Η απάντηση βρίσκεται στο γεγονός ότι ο φάγος δεν αφήνει την κινάση να δράσει για πολύ.
Το ένζυμο απενεργοποιείται μόνο του νωρίς στη λοίμωξη-περίπου 6 λεπτά μετά την εισβολή του φάγου στο κύτταρο. Η ίδια η κινάση φωσφορυλιώνεται και χάνει τη δραστηριότητά της, πιθανώς μέσω της αλληλεπίδρασής της με DNA.
Έτσι, ο φάγος T7 έχει έναν μηχανισμό που μοιάζει σχεδόν αυτοκαταστροφικός, αλλά που διαθέτει ενσωματωμένο χρονοδιακόπτη.
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης συγγενικές κινάσες από άλλους φάγους και είδαν ότι αυτή η “ανεξέλεκτη” συμπεριφορά μπορεί να είναι χαρακτηριστικό μιας ευρύτερης εξελικτικής οικογένειας, που βρίσκει κανείς μόνο σε βακτηριοφάγους.
Το πιο ενδιαφέρον συμπέρασμα της μελέτης βέβαια, δεν είναι ότι ο T7 έχει ένα περίεργο ένζυμο, αλλά ότι η φύση μπορεί να έχει δημιουργήσει πολλές παρόμοιες λύσεις που δεν τις έχουμε ακόμη δει.
Μέχρι σήμερα, μεγάλο μέρος της έρευνας πάνω στους φάγους είχε επικεντρωθεί σε συγκεκριμένους στόχους.
Η περίπτωση του T7K δείχνει ότι ίσως χρειάζεται να μετακινήσουμε το ερώτημα από το: «Ποια βακτηριακή πρωτεΐνη στοχεύει αυτός ο φάγος» στο: «Τι συμβαίνει σε ολόκληρο το κύτταρο όταν αυτός ο φάγος επιτίθεται».
Και η απάντηση μπορεί να είναι πολύ πιο ανατρεπτική από όσο αναμένεται.
Με την εγγραφή σας, συμφωνείτε με τους Όρους Χρήσης μας (συμπεριλαμβανομένης της παραίτησης από ομαδικές αγωγές και των διατάξεων διαιτησίας) και αναγνωρίζετε την Πολιτική Απορρήτου μας.
